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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Bretthauer, Georg

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2196-677X
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Volume 65, Issue 8

Issues

Nichtlineares Bewegungsmodell für ein Stahlband in einer Oberflächenbeschichtungsanlage

Nonlinear dynamical model of an axially moving steel strip in a surface coating plant

Martin Saxinger
  • Corresponding author
  • Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien Austria
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/ Andreas Steinboeck
  • Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien Austria
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/ Lukas Marko
  • Christian Doppler Labor für modellbasierte Prozessregelung in der Stahlindustrie, Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien, Gußhausstr. 27–29, 1040 Wien Austria
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/ Michael Baumgart
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/ Andreas Kugi
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Published Online: 2017-08-10 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0024

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.

Schlagwörter: Mathematische Modellierung; verteilt-parametrische Systeme; axial bewegte Bänder; Hamiltonsches Prinzip; Galerkin-Methode; Finite-Elemente

Keywords: Mathematical modeling; distributed-parameter system; axially moving strips; Hamilton's principle; Galerkin method; finite elements

About the article

Martin Saxinger

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

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

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

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

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


Accepted: 2017-05-09

Received: 2017-03-06

Published Online: 2017-08-10

Published in Print: 2017-08-28


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 65, Issue 8, Pages 546–560, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0024.

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