blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-8-613-619blackmet-1398Research ArticleНАУКА ПРОИЗВОДСТВУSCIENCE APPLICATIONСИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОСТИМУЛИРОВАННОГО ВОЛОЧЕНИЯAUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR ELECTROSTIMULATED DRAWING PROCESSКузнецовВ. А.KuznetsovV. A.

к.т.н., доцент кафедры электротехники, электроэнергетики и промышленной электроники

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Electrical Engineering, Electric Power and Industrial Electronics

Novokuznetsk, Kemerovo Region, Russia

vladimir.kuznezoff@yandex.ruКузнецоваЕ. С.KuznetsovaE. S.

к.т.н., доцент кафедры электротехники, электроэнергетики и промышленной электроники

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Electrical Engineering, Electric Power and Industrial Electronics

Novokuznetsk, Kemerovo Region, Russia

kuzlena00@yandex.ruГромовВ. Е.GromovV. E.

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Head of the Chair of Science named after V.M. Finkel

Novokuznetsk, Kemerovo Region, Russia

gromov@physics.sibsiu.ruКосиновД. А.KosinovD. A.

к.т.н., старший научный сотрудник управления научных исследований (УНИ)

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of Department of Scientific Researches

Novokuznetsk, Kemerovo Region, Russia

kosinov.dima@rambler.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201821102018618613619Copyright © Кузнецов В.А., Кузнецова Е.С., Громов В.Е., Косинов Д.А., 20182018Кузнецов В.А., Кузнецова Е.С., Громов В.Е., Косинов Д.А.Kuznetsov V.A., Kuznetsova E.S., Gromov V.E., Kosinov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1398

Рассмотрена система регулирования параметров электростимулированного волочения (температуры в зоне деформации и усилия волочения), формирующая управляющий сигнал на генератор мощных импульсов тока, принцип действия которого основан на периодическом разряде предварительно заряженного конденсатора на низкоомную нагрузку. Для реализации возможности регулирования амплитуды импульса и увеличения его мощности вместо нерегулируемого источника постоянного тока в зарядном устройстве используются два нереверсивных, включенных последовательно и однонаправленно тиристорных преобразователя, которые позволяют получить регулируемое напряжение на силовых конденсаторах. С целью оптимизации процесса заряда конденсаторов выполнена двухконтурная система подчиненного регулирования параметров с внешним контуром регулирования напряжения и внутренним контуром регулирования тока заряда конденсаторов. В связи с высоким быстродействием переходных процессов при электростимулированном волочении (высокая степень нарастания температуры в зоне деформации из-за значительной величины токового импульса до 10 кА и частоты его воспроизведения до 400 Гц), регулирование параметров вручную практически невозможно. С целью повышения надежности и качества процесса электростимулированного волочения с использованием генератора мощных импульсов тока реализована система автоматического управления электростимулированным процессом волочения (САУЭСВ), которая содержит одноконтурную систему регулирования усилия волочения, а также задержанную обратную связь по температуре в зоне деформации. Зависимости изменения усилия волочения и температуры от частоты воспроизведения импульсов получены по результатам выполненных лабораторных исследований и расчетов с использованием известных и оригинальных методик. Для анализа режимов работы при электростимулированном волочении с использованием системы автоуправления выполнена модель САУЭCВ в среде MATLAB-Simulink. Модель адекватна реальным параметрам, полученным в процессах исследования электропластического эффекта. Разработанная модель позволила усовершенствовать технические характеристики и режимы работы системы. Рассмотрены структурная схема, модель системы в среде MATLAB-Simulink, осциллограммы переходных процессов.Одноконтурная система автоматического управления усилием волочения с гибкой обратной связью по температуре в зоне деформации позволяет оптимизировать режимы работы, а также повысить надежность процесса электростимулированного волочения. Система рекомендована для применения при исследовании процессов электростимулированной деформации, а также для внедрения в производство при волочении проволоки.

The system for electrostimulated drawing parameters control (temperature in deformation zone and drawing force) is considered, which forms a control signal to generator of high power current pulses. Its principle is based on periodic discharge of pre-charged capacitor to low-resistance load. To provide possibility of adjusting pulse amplitude and increasing its power, two non-reversible, serially and unidirectionally connected thyristor converters are used, instead of unregulated DC power source in charger, that allow obtaining adjustable voltage on power capacitors. In order to optimize capacitor charging process, two-circuit system of subordinate parameter control was carried out with an external voltage regulation loop and an internal circuit regulating charging current of the capacitors. Due to high speed of transient processes at electrostimulated drawing (a high degree of temperature rise in deformation zone due to considerable current pulse value up to 10 kA and its reproduction frequency up to 400 Hz), manual control is almost impossible. In order to increase reliability and quality of process of electrostimulated drawing using high power current pulse generator, an automatic control system for electrostimulated drawingprocess (EDACS) is implemented. This system contains a single-loop system for adjusting the drawing force, as well as delayed temperature feedback in deformation zone. Dependences of change in drawing force and temperature on frequency of reproduction of pulses were obtained from the results of laboratory studies and calculations applying known and original techniques. For analysis of operating modes for electrostimulated drawing using automatic control system, the EDACS model was implemented in MATLAB-Simulink environment. The model is adequate to real parameters obtained in electroplastic effect investigations. The developed model allowed improvement of technical characteristics and operating modes of the system. Functional chart, model of system in MATLAB-Simulink environment, oscillograms of transient processes are considered. A singleloop automatic control system of drawing force with flexible temperature feedback in deformation zone allows optimization of operation modes as well as increase in reliability of electrostimulated drawing process. The system may be recommended for the research of electrostimulated deformation processes, it may also by introduced in production at wire drawing. 

система автоматического регулированиягенератор импульсовзарядное устройствотиристорные преобразователимощный импульс токарегулирование температуры и усилиямоделированиепереходные процессы.automatic control systempulse generatorchargerthyristor convertershigh power current pulsetemperature and power regulationsimulationtransient processReferencesТроицкий О.А., Лихтман В.И. Об анизотропии действия электронного и α-облучения на процесс деформации монокристаллов цинка в хрупком состоянии // ДАН СССР. Техническая физика. 1963. Т. 148. № 2. С. 332 – 334.Troitskii O.A., Likhtman V.I. On the anisotropy of electronic and α-irradiation effect on process of deformation of zinc single crystals in a fragile state. DAN SSSR. Tekhnicheskaya fizika. 1963, vol. 148, no. 2, pp. 332–334. (In Russ.).Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals // Scripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. No. 11. P. 1063 – 1068.Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals. Scripta Metallurgica. 1978, vol. 12, no. 11, pp. 1063–1068.А.с. 884092 СССР. Генератор мощных импульсов тока / В.А. Кузнецов, В.Е. Громов, В.П. Симаков; заявл. 26.03.1980; опубл. 21.07.1981.Kuznetsov V.A., Gromov V.E., Simakov V.P. Generator moshchnykh impul’sov toka [Generator of high power current pulses]. Certificate of authorship USSR no. 884092. Byulleten’ izobretenii. 1980. (In Russ.).Кузнецов В.А., Громов В.Е., Перетятько В.Н. Применение генератора мощных импульсов тока при электростимулированном волочении // Промышленная энергетика. 1986. № 10. С. 17 – 19.Kuznetsov V.A., Gromov V.E., Peretyat’ko V.N. The use of high power current pulse generator with electrostimulated drawing. Promyshlennaya energetika. 1986, no. 10, pp. 17–19. (In Russ.).Жмакин Ю.Д., Романов Д.А., Рыбянец В.А. Экономичный способ регулирования электропотребления с применением генератора мощных токовых импульсов // Промышленная энергетика. 2012. № 4. С. 14 – 16.Zhmakin Yu.D., Romanov D.A., Rybyanets V.A. Efficient way to regulate power consumption using high power current pulse generator. Promyshlennaya energetika. 2012, no. 4, pp. 14–16. (In Russ.).Кузнецов В.А., Громов В.Е., Кузнецова Е.С., Гагарин А.Ю. Аппаратурное обеспечение электростимулированной обработки металлов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 2. С. 157 – 163.Kuznetsov V.A., Gromov V.E., Kuznetsova E.S., Gagarin A.Yu. Equipment provision of electrostimulated metal processing. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017, vol. 60, no. 2, pp. 157–163. (In Russ.).А.с. 12677668 СССР. Система управления устройством для обработки давлением металлической заготовки / В.А. Кузнецов, В.Е. Громов; заявл. 1.02.1985; опубл. 01.07.1986.Kuznetsov V.A., Gromov V.E. Sistema upravleniya ustroistvom dlya obrabotki davleniem metallicheskoi zagotovki [Control system for the metal billet forming device]. Certificate of authorship USSR no. 12677668. Byulleten’ izobretenii. 1985. (In Russ.).Asai S. Recent development and prospect of electromagnetic processing of materials // Sci. and Tech. of Advanced Materials. 2000. No. 1. P. 191 – 200.Asai S. Recent development and prospect of electromagnetic processing of materials. Sci. and Tech. of Advanced Materials. 2000, no. 1, pp. 191–200.Li X., Tang G., Kuang J., Li X., Zhu J. Effect of current frequency on the mechanical properties, microstructure and texture evolution inAZ31 magnesium alloy strips during electroplastic rolling // Mater. Sci. Eng: A. 2014. No. 612. P. 406 – 413.Li X., Tang G., Kuang J., Li X., Zhu J. Effect of current frequency on the mechanical properties, microstructure and texture evolution inAZ31 magnesium alloy strips during electroplastic rolling. Mater. Sci. Eng: A. 2014, no. 612, pp. 406–413.Li X., Wang F., Li X., Tang G., Zhu J. Improvement of formability of Mg-3Al-lZn alloy strip by electroplastic-differential speed rolling // Mater. Sci. Eng: A. 2014. No. 618. P. 500 – 504.Li X., Wang F., Li X., Tang G., Zhu J. Improvement of formability of Mg-3Al-lZn alloy strip by electroplastic-differential speed rolling. Mater. Sci. Eng: A. 2014, no. 618, pp. 500–504.Liu D., Li X., Tang G., Chen L., Wang H. An ultrasonic-electric surface modification of stainless steel treatment // Materials Science and Technology. 2014. Submission. Vol. 31. No. 13A. P. 1572 – 1576.Liu D., Li X., Tang G., Chen L., Wang H. An ultrasonic-electric surface modification of stainless steel treatment. Materials Science and Technology. 2014, Submission, vol. 31, no. 13A, pp. 1572–1576.Ye Y., Li X., Tang G. The effect of electropulsing assisted ultrasonic impact treatment on the mechanical properties and microstructure evolution of steel // Materials Science and Technology. 2014. Submission. Vol. 31. No. 13A. P. 1583 – 1588.Ye Y., Li X., Tang G. The effect of electropulsing assisted ultrasonic impact treatment on the mechanical properties and microstructure evolution of steel. Materials Science and Technology. 2014, Submission, vol. 31, no. 13A, pp. 1583–1588.Guan L., Tang G., Chu P.K., Jiang Y., J. Enhancement of ductility in Mg–3Al–1Zn alloy with tilted basal texture by electropulsing // Mater. 2009. Res. 24. P. 3674 – 3679.Guan L., Tang G., Chu P.K., Jiang Y., J. Enhancement of ductility in Mg–3Al–1Zn alloy with tilted basal texture by electropulsing. Mater. Res. 2009, vol. 24, pp. 3674–3679.Guan L., Tang G., Chu P.K., J. Recent advances and challenges in electroplastic manufacturing processing of metals // Mater. Res. 2010. No. 25. P. 1215 – 1224.Guan L., Tang G., Chu P.K., J. Recent advances and challenges in electroplastic manufacturing processing of metals. Mater. Res. 2010, vol. 25, pp. 1215–1224.Xu Z., Tang G., Tian S., Ding F., Tian H., J. Research of electroplastic rolling of AZ31 Mg alloy strip // Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 182. P. 128–133.Xu Z., Tang G., Tian S., Ding F., Tian H., J. Research of electroplastic rolling of AZ31 Mg alloy strip. Mater. Process. Technol. 2007, vol. 182, pp. 128–133.Столяров В.В., Угурчиев У.Х. Электроимпульсное стимулирование деформируемости никелида титана при прокатке с током // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 2. C. 41 – 44.Stolyarov V.V., Ugurchiev U.Kh. Electropulse stimulation of titanium nickelide deformability during rolling with current. Zagotovitel’nye proizvodstva v mashinostroenii. 2016, no. 2, pp. 41–44. (In Russ.).Терентьев В.Ф., Столяров В.В., Слизов А.К., Сиротинкин В.П., Рыбальченко О.В. Особенности электропластического деформирования трип-стали // Деформация и разрушение материалов. 2016. № 2. C. 35 – 41.Terent’ev V.F., Stolyarov V.V., Slizov A.K., Sirotinkin V.P., Rybal’chenko O.V. Specifics of TRIP-steel electroplastic deformation. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2016, no. 2, pp. 35–41. (In Russ.).Столяров В.В. Роль структурного измельчения и импульсного тока в механическом поведении сплава с памятью формы // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. № 1. C. 58 – 64.Stolyarov V.V. The role of structural grinding and pulsed current in mechanical behavior of alloy with the shape memory. Problemy mashinostroeniya i avtomatizatsii. 2015, no. 1, pp. 58–64. (In Russ.).Столяров В.В. Деформационное поведение ультрамелкозернистых материалов при растяжении с током // Изв. вуз. Физика. 2015. Т. 58. № 6. С. 57 – 60.Stolyarov V.V. Deformation behavior of ultrafine-grained materials under tension with current. Russian Physics Journal. 2015, vol. 58, no. 6, pp. 803-807.Коврев Г.С. Электроконтактный нагрев при обработке цветных металлов. – М.: Металлургия, 1975. С. 30 – 35.Kovrev G.S. Elektrokontaktnyi nagrev pri obrabotke tsvetnykh metallov [Electrocontact heating in non-ferrous metals processing]. Moscow: Metallurgiya, 1975, pp. 30–35. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.