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ControlloIntelligente

diLaminatoi

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Introduzione

Verrà presentato il lavoro svolto per migliorare la qualità del processo di laminazione, questo riveste grande importanza all’interno di un’azienda siderurgica.

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Argomenti Trattati

Modellizzazione del Laminatoio Controllo del Laminatoio Implementazione Matlab Interfaccia Grafica Esempi di Simulazioni

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Modellizzazione del

Laminatoio

Modello del Laminatoio Modello Attuatori Implementazione Matlab

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Modello del Laminatoio Il modello è diviso in:

Azionamento elettrico

Sistema meccanico

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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

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Modello del LaminatoioCoppia motrice

Coppia resistente

m mT k i

r m m dT P b l a

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Modello Attuatori

Modello del motore

m m

dj F k i Tdt

m

diL k Ri vdt

d

dt

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Modello Simulink del Motore

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Modello Simulink del Laminatoio

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Controllo del Laminatoio

Controllo Velocità Controllo di Corrente Controllo di Tensione Implementazione Matlab

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Controllo VelocitàReference Speed

Real Speed

1

i_rif

Saturation P.I.

Controller

P.I.

Kdif f

3

omega_motor

2

omega_altromotor

1

omega_rif

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Controllo Corrente

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Controllo Tensione

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Strategie di ControlloControllo 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

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Controllo Indipendente

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Controllo Combinato

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Controllo Combinato a Struttura Variabile

Implementazione di un regolatore VS-PI

2

1( )

11p i

ip

K KC s

s c ec e

2

1( )

11p i

ip

K KC s

s c ec e

Segnale di uscita del controllore:

20

( ) ( )( )

1 ( )1 ( )

tc

iip

K e t eu t K d

c ec e t

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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.

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Controllo Combinato a Struttura Variabile

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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.

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Controllo Combinato con OsservatoreImplementazione dell’osservatore:

1 1 m asJ T k s k

1 1 ;rsJ k T 1 2

2

1 1 2

;1 1

( )

m r

a

C CJ Jk

s kJ J J

Il massimo smorzamento si ha per:

1 1

2

2 (1 )a

J J

k J

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Controllo Combinato con Osservatore

1 1 m asJ T k s k

1 1

2

2 (1 )a

J J

k J

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Controllo Combinato con Osservatoredel 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:

lR

Dove rappresenta la frequenza di antirisonanza

l

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Controllo Combinato con Osservatoredel disturbo, filtro quasi derivativo e

guadagno di anello

L’osservatore del disturbo applicato al sistema a due masse stima la coppia torsionale 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.

uk

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Controllo Combinato con Osservatoredel disturbo, filtro quasi derivativo e

guadagno di anello

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Interfaccia Grafica

Utilizzo GUIDE in ambiente Matlab Impostazione del Laminatoio Simulazione Visualizzazione risultati

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GUIDE in Matlab® 6.5Per la creazione dell’interfaccia graficasi è utilizzato l’ambiente di sviluppoGUIDE presente in Matlab 6.5.

Interfaccia:• Impostazione del Laminatoio• Simulazione• Verifica Risultati

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Impostazione del Laminatoio

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Errore WorkSpace

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Parametri Laminatoio

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Parametri Bramma

Autore: Giacomo Poli 33

Parametri del Controllo

Autore: Giacomo Poli 34

Simulazione

Autore: Giacomo Poli 35

Visualizzazione Risultati

Autore: Giacomo Poli 36

Visualizzazione Risultati

Autore: Giacomo Poli 37

Visualizzazione Risultati

Autore: Giacomo Poli 38

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

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Controllo Indipendente

Valori di K: 4300

215

KPs

KIs

0.1453

1.3643

KPc

KIc

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Controllo Combinato

Valori di K: 4300

215

KPs

KIs

0.1453

1.3643

KPc

KIc

Autore: Giacomo Poli 41

Controllo Combinato a Struttura Variabile

Valori di K: 4300

215

KPs

KIs

0.1

0.227

KPc

KIc

0.01iC

Autore: Giacomo Poli 42

Controllo Combinato con Osservatore

Valori di K: 4300

215

KPs

KIs

0.484

4.545

KPc

KIc

Autore: Giacomo Poli 43

Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno di

anello

Valori di K:4300

215

KPs

KIs

0.1453

1.3643

KPc

KIc

5dT