Regelung der Bandlenkung in einer Warmwalz-Fertigstraße

Abstract

In dieser Arbeit werden mehrere Konzepte zur Regelung der lateralen Bandposition in einer Warmwalz-Fertigstraße entwickelt und verglichen. Zu diesem Zweck wird ein validiertes mathematisches Modell aus der Literatur übernommen. Durch geeignete Anpassungen des Modells werden die im Allgemeinen zeitvarianten Totzeiten aufgrund der longitudinalen Bandbewegung in konstante Verzögerungen übergeführt. Die Totzeiten werden diskretisiert, wodurch der Transportprozess im Reglerentwurf systematisch berücksichtigt werden kann. Es werden eine dezentrale PI- und eine Mehrgrößen PI-Ausgangsregelung entworfen, welche die gemessene laterale Bandposition regeln. Weiters werden zwei dezentrale und ein Mehrgrößen-Zustandsregler mit verschiedener Modellkomplexität auf Basis eines Riccatireglers entworfen. Zur systematischen Berücksichtigung der Stellgrößenbeschränkungen wird eine lineare modellprädiktive Regelung entworfen. Anhand von Simulationen wird die Leistungsfähigkeit der Regler getestet und verglichen. Aus Messdaten der Anlage, bei denen eine Störung aufgebracht wurde, wird ein Simulationsszenario erstellt. Anhand dieses Szenarios wird gezeigt, dass mit der linearen modellprädiktiven Regelung sowohl die laterale Bandposition als auch die Bandkrümmung im Vergleich zum ungeregelten Fall verbessert werden können.

In this thesis, different control strategies for the lateral strip position in the finishing train of a hot rolling mill are developed and compared. For this purpose, a validated mathematical model for the strip motion is adopted from the literature. Minor changes of the model formulation reduce its complexity and make it suitable as a basis for designing a controller of the lateral strip position and the camber of the strip. The longitudinal strip transport leads to a dead-time behaviour of the model. These dead times are discretized to be systematically incorporated into the controller design. A decentralized PI controller and a MIMO PI controller are designed to use the measured lateral strip position directly as feedback. Additionally, two decentralized and one MIMO state-space controllers are designed based on the linear-quadratic regulator theory. A model predictive controller is presented, which systematically considers the constraints of the manipulated variable. In simulations, the performance of the controllers is demonstrated. From measurements at the considered industrial plant, where a disturbance on the input was applied, a simulation scenario is created. Simulations with this scenario show that the linear model predictive controller can improve both the lateral strip position and the strip camber.