Zusammenfassung
In diesem Beitrag wird ein nichtlineares mechanisches Modell für axial bewegte Stahlbänder in einer Oberflächenbeschichtungsanlage entwickelt. Die zugrundeliegende Differentialgleichung folgt aus dem Hamiltonschen Prinzip für offene Systeme mit veränderlicher Masse. Zur örtlichen Diskretisierung der partiellen Differentialgleichung kommt die Galerkin-Methode der gewichteten Residuen zum Einsatz, wobei die Bandfläche mithilfe von lokalen Ansatzfunktionen in finite Elemente diskretisiert wird. Transiente Simulationen werden mit einem speziellen Zeitintegrationsverfahren für strukturmechanische Systeme durchgeführt. Die dynamische Simulation der Bandbewegung in einer mit einer elektromagnetischen Bandstabilisierung ausgestatteten Feuerverzinkungsanlage zeigt abschließend eine der vielen Anwendungsmöglichkeiten des Modells.
Abstract
In this paper, a nonlinear mechanical model of axially moving steel strips in a surface coating plant is developed. The underlying differential equation ensues from Hamilton's principle for systems of changing mass. The Galerkin weighted residual method is utilized for spatial discretization, where the strip surface is partitioned into finite elements by using local ansatz functions. In order to perform transient simulations, a tailored time integration scheme for structural mechanics problems is implemented. Finally, a dynamic simulation of the motion of the strip in a hot dip galvanizing line equipped with an electromagnetic strip stabilizer is carried out. This example illustrates one of many possible applications of the model.
Über die Autoren
Martin Saxinger beschäftigt sich mit dem modellbasierten Reglerentwurf für spezielle Prozesse in der Stahlindustrie.
Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien, Österreich, Tel.: +43(0)158801-37601
Andreas Steinboeck forscht als Assistenzprofessor an der TU Wien am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik zu den Themen: numerische Methoden, mechanische Strukturen, Stabilitätsanalyse, Modellierung, Identifikation, Optimierung und Regelung von nichtlinearen dynamischen Systemen sowie Anwendungen bei kontinuierlichen Produktionsprozessen und in der Walzwerks- und Stahlindustrie.
Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien, Österreich, Tel.: +43(0)158801-37601
Lukas Marko beschäftigt sich mit dem modellbasierten Reglerentwurf für spezielle Prozesse in der Stahlindustrie.
Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien, Österreich, Tel.: +43(0)158801-37601
Michael Baumgart beschäftigt sich mit dem modellbasierten Reglerentwurf für spezielle Prozesse in der Stahlindustrie.
Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien, Österreich, Tel.: +43(0)158801-37601
Andreas Kugi ist Vorstand des Instituts für Automatisierungs- und Regelungstechnik an der TU Wien. Seine Forschungsgebiete umfassen die physikalisch basierte Modellierung und Regelung von (nichtlinearen) mechatronischen Systemen, differentialgeometrische und optimierungsbasierte Methoden der nichtlinearen Regelungstechnik sowie die Regelung von Systemen mit verteilten Parametern. Er ist an einer Vielzahl von Industrieprojekten beteiligt, im Speziellen im Bereich der Automatisierung im Stahlbereich. Prof. Kugi ist Chef-Redakteur des IFAC Journals Control Engineering Practice und wirkliches Mitglied der österreichischen Akademie der Wissenschaften.
Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien, Österreich, Tel.: +43(0)158801-37601
Danksagung
Wir danken für die finanzielle Unterstützung seitens des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft, der Nationalstiftung für Forschung, Technologie und Entwicklung und der voestalpine Stahl GmbH.
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