Tandem Cold Metal Rolling Mill Control: Using Practical Advanced Methods

نورد پشت سر هم نوار فلزی سرد یک فرآیند چند متغیره غیرخطی بزرگ و بسیار پیچیده است که کنترل آن یک چالش مهندسی مهم است. کنترل‌کننده‌های موجود ثابت کرده‌اند که مستعد اختلالات و عدم قطعیت‌ها در متغیرهای فرآیند هستند و تلاش‌ها برای افزایش استحکام نسبت به این پدیده‌ها دارای اشکالات خاص خود هستند، بنابراین یک رویکرد جدید مورد نیاز است. کنترل کارخانه نورد فلز سرد پشت سر هم در درجه اول با یک روش پیشرفته جدید و کاربردی برای کنترل فرآیندهای نورد سرد پشت سر هم بر اساس تکنیک معادله Riccati وابسته به حالت که اخیراً به عنوان یک روش مفید برای کنترل سیستم‌های غیرخطی پیچیده ظهور کرده است، سروکار دارد. مطالب پس‌زمینه برای کمک به خواننده با پیش‌زمینه کنترل کلی برای درک اهمیت و مزایای عملی طرح کنترل پیشرفته جدید نسبت به تکنیک‌های پیشرفته مرسوم و اخیراً پیشنهادی ارائه شده است. تاریخچه کوتاهی از نورد سرد پشت سر هم با توصیف انواع مختلف فرآیندهای نورد سرد و یک مدل ریاضی پایه از فرآیند دنبال می‌شود. روش‌های مختلف کنترل مرسوم و پیشرفته و مزایا و معایب آن‌ها مقایسه می‌شوند، و یک درمان دقیق از جنبه‌های نظری و عملی تکنیک معادله جبری وابسته به حالت Riccati ارائه می‌شود. جزئیات خاص روش جدید به گونه ای توصیف شده است که نیازی به تخصص دقیق در کنترل نورد سرد پشت سر هم ندارد. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام‌شده برای تأیید مدل کنترل و عملکرد کلی سیستم با کنترل‌کننده جدید همراه با مدل فرآیند گنجانده شده است. نتایج شبیه‌سازی و داده‌های به‌دست‌آمده از آسیاب‌های عملیاتی واقعی با هم مقایسه می‌شوند تا بهبود عملکرد را با استفاده از روش جدید مشخص کنند. علاوه بر این، مواد گنجانده شده است که نشان می دهد تکنیک جدید قادر به گسترش به کنترل طیف گسترده ای از فرآیندهای غیرخطی پیچیده در مقیاس بزرگ است. مهندسانی که با سیستم‌های کنترلی در صنایع فرآوری فلز کار می‌کنند، متوجه خواهند شد که ایده‌های کنترل پیشرفته‌ای که در اینجا منتشر شده‌اند در افزایش استحکام سیستم‌هایشان و در نتیجه کیفیت محصولاتشان سود قابل‌توجهی خواهد داشت. کنترل کارخانه نورد فلز سرد پشت سر هم برای دانشگاهیان و دانشجویان فارغ التحصیل علاقه مند به کنترل خودکار پیشرفته و کاربرد عملی آن و به ویژه در استفاده از معادله Riccati وابسته به حالت مفید خواهد بود.

The tandem rolling of cold metal strip is a large, highly complex nonlinear multivariable process the control of which poses a significant engineering challenge. Existing controllers have proven to be susceptible to disturbances and uncertainties in process variables and attempts to increase robustness to these phenomena have had their own drawbacks so a new approach is needed. Tandem Cold Metal Rolling Mill Control deals primarily with a novel and practical advanced method for control of the tandem cold metal rolling processes based on the state-dependent Riccati equation technique which is recently emerging as a useful method for control of complex nonlinear systems. Background material is presented to assist the reader with a general control background to appreciate the significance and practical advantages of the new advanced control scheme over conventional and more recently proposed advanced techniques. A short history of tandem cold rolling is followed by descriptions of various types of cold rolling processes and a basic mathematical model of the process. The diverse conventional and advanced control methods and their advantages and disadvantages are compared, and a detailed treatment of the theoretical and practical aspects of the state-dependent algebraic Riccati equation technique given. The specific details of the new procedure are described in a manner not requiring detailed expertise in the control of tandem cold rolling. The results of simulations performed to verify the control model and overall system performance with the new controller coupled to the process model are included. Simulation results and data derived from actual operating mills are compared so as to make concrete the improvements in performance using the new method. Additionally, material is included which shows the new technique to be capable of extension to the control of a broad range of large-scale complex nonlinear processes. Engineers working with control systems in the metal processing industries will find that the advanced control ideas promulgated here will be of considerable benefit in increasing the robustness of their systems and, therefore, the quality of their products. Tandem Cold Metal Rolling Mill Control also will be useful to academics and graduate students interested in advanced automatic control and its practical application and in the uses of the state-dependent Riccati equation in particular.