Vestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesVestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesВестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки»1991-85422712-8938Samara State Technical University2018310.14498/tech.2016.2.%uArticlesСтатьиResearch ArticleIntegrated modeling and process control of continuous induction heating of ferromagnetic workpiecesКомплексное моделирование и управление процессом непрерывного индукционного нагрева ферромагнитных заготовокBazarovAleksandr AБазаровАлександр Александрович

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor

(д.т.н., доц.), профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

DanilushkinAleksandr IДанилушкинАлександр Иванович

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor

(д.т.н., проф.), профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

DanilushkinVasily AДанилушкинВасилий Александрович

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor

(к.т.н.), доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий»

Samara State Technical UniversityСамарский государственный технический университет15062016242NO2 (2016)№2 (2016)12813810022020Copyright ©; 2016, Bazarov A.A., Danilushkin A.I., Danilushkin V.A.Copyright ©; 2016, Базаров А.А., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А.2016Bazarov A.A., Danilushkin A.I., Danilushkin V.A.Базаров А.А., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/20183

The approach to the complex solution of the modeling problems and control process continuous induction heating ferromagnetic workpieces to plastic deformation temperature is suggested. Simulation of electromagnetic and thermal processes is carried out in a two-dimensional formulation by finite element method by using the COMSOL Multiphysics software. The analytical model of the plant comprising an inertial element and a transport delay element was used. Analysis of the control process quality is carried out by means of numerical methods of solving ordinary differential equations, built in Simulink® software. To reduce oscillation amplitude and transient time the separation of inductor into two independent sections is proposed. Investigation of dynamic modes of the system with various approximating expressions for the transport delay element allowed to find the control system parameters with a compensator taking into account the advantages of implementation more correctly. The simulation system results taking into account the distributed facility parameters are given.

Предложен подход к комплексному решению задачи моделирования и управления процессом непрерывного индукционного нагрева ферромагнитной загрузки до температур пластической деформации. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов осуществляется в двумерной постановке методом конечных элементов с помощью программы COMSOL Multiphysics®. Для синтеза системы регулирования использована аналитическая модель объекта, содержащая инерционное звено и звено транспортного запаздывания. Анализ качества процессов управления осуществляется с помощью численных методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений, встроенных в пакет Simulink. Для снижения амплитуды колебаний и времени переходного процесса предложено разделение индуктора на две независимые секции. Исследование динамических режимов системы с разными аппроксимирующими выражениями для звена запаздывания позволило найти параметры системы регулирования с компенсатором, наиболее корректно учитывающие особенности практической реализации. Приведены результаты моделирования системы с учетом распределенных параметров объекта.

induction heatingdistributed systemnumerical simulationcontroltemperature fieldapproximationиндукционный нагревраспределенная системачисленное моделированиеуправлениетемпературное полеаппроксимацияБутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. - М.: Наука, 1977. - 320 с.Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. - М.: Металлургия, 1993. - 279 с.Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами. - М.: Наука, 1977. - 480 с.Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами. - М.: Высшая школа, 2003. - 299 с.Базаров А.А., Данилушкин А.И., Зимин Л.С. Анализ задачи пространственно-распределенного управления индукционным нагревом колец на основе структурного метода для систем с распределенными параметрами // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 1998. - № 5. - С. 115-120.Данилушкин А.И., Данилушкин И.А. Метод вторичных источников для моделирования электромагнитных процессов при индукционном нагреве // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Физико-математические науки. - 1998. - № 6. - С. 140-142.Rapoport E.Y. Analytical Construction of Aggregated Controllers in Systems with Distributed Parameters // Journal of Computer and Systems Sciences International. - 2012. - Vol. 51. - No 3. - рp. 375-390. ИФ журнала в Web of Science 0,191.Дилигенская А.Н., Рапопорт Э.Я. Идентификация пространственного распределения внутренних источников тепла в обратных задачах теплопроводности // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2011. - № 4(32). - С. 157-164. ИФ журнала в РИНЦ 0,097.Базаров А.А. Моделирование процесса теплопроводности для задач синтеза систем управления в среде MATLAB // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2005. - № 33. - С. 7-11.Rudnev V. Handbook of Induction Heating. Marcel Dekker Inc. - New York, 2003, p. 277.Немков В.С., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. - М.: Энергия, 1967. - 415 с.Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. - М.: Энергия, 1978. - 480 с.Данилушкин А.И., Мостовой А.П. Анализ эффективности пусковых режимов двухсекционного индукционного нагревателя методического действия // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2014. - № 4 (44). - С. 113-120.Данилушкин А.И., Князев С.В., Мостовой А.П. Моделирование стационарного распределения температуры металла в проходном индукционном нагревателе // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2012. - № 9(68). - С. 41-46.Базаров А.А. Аналоговое моделирование процесса теплопроводности для задач синтеза управления в среде MATLAB // Математическое моделирование и краевые задачи: Труды Всероссийской научной конференции. - Самара: СамГТУ, 2004. - С. 29-31.