450可逆冷軋機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 根據(jù)設(shè)計(jì)要求：δ%5%，而且 =＜10 (345)因此電流環(huán)仍按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： (346)積分時(shí)間常數(shù) = = s為滿足δ%5%要求，取電流環(huán)開環(huán)增益為： == = (347)于是，電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為： = = (348)電流環(huán)截至頻率==，(1)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件為： 現(xiàn)在， = (349)故滿足該近似條件。(2)忽略反電動(dòng)勢(shì)影響的近似條件為 ： (350)現(xiàn)在 == (350)故滿足該近似條件。(3)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 ， == (351)故滿足該近似條件。卷取機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)：1. 確定時(shí)間常數(shù)(1)電流環(huán)的等效時(shí)間常數(shù)為 2=。(2)取轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)波紋情況 =，(3)轉(zhuǎn)速環(huán)的時(shí)間常數(shù)為：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 =+= (352)根據(jù)上述參數(shù)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為 δ%=%5% (353)故能滿足設(shè)計(jì)要求。2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求中不允許系統(tǒng)有靜差，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，為此，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用近似PI調(diào)節(jié)器，又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)該按典型II型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： (354)3. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能較好的原則選擇h=5，求出轉(zhuǎn)速超調(diào)量δ%和過渡過程時(shí)間 。如果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，則可根據(jù)所選的h值計(jì)算有關(guān)參數(shù)；否則要改變h值重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。由上述條件得，ASR的超前時(shí)間常數(shù)為： =h== (355)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： == (356)于是，ASR比例系數(shù)為： == (357)4. 校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 === = (358)(1)電流閉環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，現(xiàn)在， == (359)故滿足該簡(jiǎn)化條件。(2)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 ，現(xiàn)在，== (360)故滿足該簡(jiǎn)化條件。5. 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，ASR退飽和超調(diào)量為 δ%= (361)式中，為電動(dòng)機(jī)允許過載系數(shù)，按題意 =；z為負(fù)載系數(shù)，設(shè)為理想空載起動(dòng)，則z=0；為調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降，= ==；是基準(zhǔn)值為時(shí)的超調(diào)量相對(duì)值，而=。當(dāng)h=5時(shí)，=%，故起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，即 = 時(shí)，退飽和超調(diào)量為 δ=%10% (362) 本章小結(jié)(1)冷軋機(jī)是在“再結(jié)晶”溫度(包括常溫)下將一定厚度的鋼板軋成目標(biāo)厚度的設(shè)備。(2)本系統(tǒng)直流調(diào)速裝置為四象限運(yùn)行裝置，電樞回路為三相全控橋式電路，采用邏輯無(wú)環(huán)流雙橋反并聯(lián)接線，供電相序不作要求，勵(lì)磁回路采用單相半控橋，第4章 速度和張力控制系統(tǒng) 速度設(shè)定速度設(shè)定,是按照工藝要求，從上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定，通過以太網(wǎng)傳遞給PLC,PLC再分別傳送到各個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)。速度設(shè)定是以主機(jī)架為線速度基準(zhǔn)速度，通過設(shè)定工作輥的直徑與減速箱的減速比，分別給出上下輥的轉(zhuǎn)速給定值。根據(jù)控制功能, 速度設(shè)定有正反向點(diǎn)動(dòng)設(shè)定，用于故障處理。穿帶速度設(shè)定，用于生產(chǎn)前軋機(jī)穿帶；重卷速度設(shè)定，用于軋制后分卷；軋線速度設(shè)定，用于正常軋制情況。按照線速度相等的原則以轉(zhuǎn)速的形式分配給各傳動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)榭赡孳堉疲埦€速度設(shè)定可根據(jù)軋制方向進(jìn)行設(shè)置。速度設(shè)定程序框圖如圖41所示。圖41 速度給定框圖 張力控制在各種金屬加工、造紙、塑料、印染等連續(xù)加工生產(chǎn)線中，通常由卷取機(jī)、開卷機(jī)及兩者中間的一系列工藝設(shè)備如機(jī)架、張力輥等組成。各部分由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)分布傳動(dòng)，全線被帶材連為一體，形成一定的張力，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。如對(duì)卷取機(jī)、開卷機(jī)、張力輥等的電氣傳動(dòng)，需要采用張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 張力控制的工作原理張力控制系統(tǒng)的一般工作原理:在帶張力工作的機(jī)械中，若忽略電動(dòng)機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的空載損耗，張力力矩Tt與電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tm之間有如下關(guān)系：式中 ——電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；——張力力矩；U、E、I——電動(dòng)機(jī)電樞電壓、電動(dòng)勢(shì)和電樞電流；F——帶材張力；D——帶卷或張力輥的直徑；——機(jī)械系數(shù)的減速比；——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；——電動(dòng)機(jī)磁通；P——電動(dòng)機(jī)輸入功率；——帶材線速度；從而得到 (41) 維持張力控制方案的選擇根據(jù)上式，可以采用維持I恒定和恒定，分別控制電樞和勵(lì)磁。其原理圖見圖42。（1） 電樞電流控制部分 用調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞電壓歲卷徑變化，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持電樞電流不變。張力大小有電流給定值決定。（2） 磁場(chǎng)控制部分 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，是磁通隨著卷徑變化而變化，從而維持的比值不變。這種方案的調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖如下：當(dāng)鋼帶咬入后，速度調(diào)節(jié)器進(jìn)入飽和，其飽和值由張力給定決定。通過電流調(diào)節(jié)器ACR維持電流恒定，隨著卷徑的變化，為了維持張力恒定，要求電動(dòng)機(jī)磁通隨著變化，并維持恒定，這是通過電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AMR來實(shí)現(xiàn)的。卷徑測(cè)量取自卷取機(jī)的線速度和卷取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。卷徑計(jì)算，通過上式知道根據(jù)的關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，卷徑計(jì)算環(huán)節(jié)的輸出，就和卷徑D成正比。此輸出作為電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的給定值。隨著帶卷直徑變化，例如卷取工作時(shí)是從小到大，則勵(lì)磁電輸出也相應(yīng)逐漸增大，電動(dòng)機(jī)的磁通也隨之增大，以維持張力恒定。速度調(diào)節(jié)器的作用是實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)的點(diǎn)動(dòng)工作和在斷帶時(shí)限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖42 維持I和恒定的控制方案這種方案存在如下的缺點(diǎn)：1)不論是在高速還是在低速，卷取過程的調(diào)速全是由磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，因此在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率不能充分利用。2)由于,所以電動(dòng)機(jī)允許的弱磁倍數(shù)應(yīng)等于卷徑變化的倍數(shù)。當(dāng)卷徑變化很大時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)弱磁倍數(shù)也很大，故電動(dòng)機(jī)體積很大。3)采用這種方式，電動(dòng)機(jī)容量要由最大張力和最大線速度的乘積來決定，但實(shí)際上，大張力僅在低速時(shí)需要，也使得電動(dòng)機(jī)的功率不能充分利用。由于上述這些缺點(diǎn)，需要對(duì)其改進(jìn)，采用按I正比于調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞電流I，如果維持I正比于，也可以使張力不變，其原理圖43如下。這種系統(tǒng)不管是卷取線速度升高或卷徑減小，要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨卷徑的減少而升高，轉(zhuǎn)速變化按照在基速以下采用調(diào)壓和在基速以上采用弱磁的方法。和一般的速度閉環(huán)控制比較，其區(qū)別在于：在正常卷取工作時(shí)，速度調(diào)節(jié)器ASR是處于飽和狀態(tài)的，其限幅值等于，用電流調(diào)節(jié)器自動(dòng)維持電樞電流成正比來維持張力恒定的。由于這種系統(tǒng)無(wú)論線速度是多少、卷徑多大，在基速以下調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)均在滿磁下工作。因此可以合理的利用電動(dòng)機(jī)的容量，而且弱磁倍數(shù)與卷徑變化范圍無(wú)關(guān)，因而可選弱磁倍數(shù)小的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)。圖43 維持控制方案 間接張力控制和直接張力控制1. 間接張力控制間接張力控制不需要張力傳感器或張力測(cè)量裝置，控制系統(tǒng)中不用張力調(diào)節(jié)器，張力給定值乘以卷徑實(shí)際值，作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定值作用于系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)電流隨著卷徑的增加而線性的增加，張力保持恒定。這種控制方式，速度調(diào)節(jié)器通過輸入一個(gè)飽和設(shè)定而保持在限幅狀態(tài)。間接張力控制的優(yōu)點(diǎn)是需要張力計(jì)檢測(cè)實(shí)際張力；靠控制電動(dòng)機(jī)電樞電流，并隨卷徑變化計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩來維持張力恒定。其實(shí)現(xiàn)對(duì)張力控制的過程屬于開環(huán)控制。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，如摩檫、速度動(dòng)態(tài)變化等因素對(duì)張力波動(dòng)的消除，靠系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的各種補(bǔ)償裝置來微調(diào)張力給定值，因而，對(duì)張力控制的精度低，不能實(shí)現(xiàn)反饋控制，適用于張力要求較低的系統(tǒng)。2. 直接張力控制直接張力控制，需要張力傳感器直接測(cè)量卷材張力，張力傳感器的出處信號(hào)，作為張力實(shí)際值信號(hào)反饋到張力調(diào)節(jié)器的輸入端。張力調(diào)節(jié)器輸出為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，并通過閉環(huán)使隨卷徑變化是的張力恒定。對(duì)于傳動(dòng)控制系統(tǒng)，該方式可近似看成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。 卷取機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算在卷取張力控制系統(tǒng)中，卷取機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算是該系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由卷取張力力矩、慣性力矩補(bǔ)償、帶鋼彎曲力矩補(bǔ)償、摩察轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)炔糠纸M成。張力力矩、慣性力矩補(bǔ)償計(jì)算中均與卷徑變量有關(guān)，卷徑計(jì)算和各部分力矩計(jì)算精度直接影響到卷取張力控制的效果。根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式，可以計(jì)算出卷取電動(dòng)機(jī)電樞電流給定值為 (42) (43)式中 —卷曲電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩—張力力矩—慣性力矩—帶鋼彎曲力矩—摩察力矩卷取機(jī)電動(dòng)機(jī)電流給定值，送給卷取機(jī)傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，并通過卷取機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，控制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流。在正常卷取過程中，速度調(diào)節(jié)器飽和使電動(dòng)機(jī)處于轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)卷取帶鋼過程的恒定張力控制。重要控制環(huán)節(jié)包括：1．線速度測(cè)量 線速度v使卷取機(jī)卷取過程中的一個(gè)重要變量，通常是通過讀取卷取機(jī)前的偏導(dǎo)輥上脈沖編碼器輸出脈沖數(shù)并通過計(jì)算而獲得的。設(shè)偏導(dǎo)輥直徑為D(m)，每轉(zhuǎn)一周發(fā)出L個(gè)脈沖，速度采樣周期為T(ms)，在一個(gè)采樣周期共讀取X個(gè)脈沖，則實(shí)際線速度可由下式求得： (44)線速度測(cè)量精度與脈沖編輯器每轉(zhuǎn)給出的脈沖數(shù)及采樣時(shí)間有關(guān)，在轉(zhuǎn)速恒定的情況下，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越多，采樣時(shí)間越長(zhǎng)，則測(cè)量精度越高。 卷取機(jī)控制系統(tǒng)中卷徑信號(hào)準(zhǔn)確與否直接影響張力控制的穩(wěn)定性和精確度。對(duì)于卷取機(jī)有下式： （45） 式中：——帶鋼線速度；D——卷徑；n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ——機(jī)械減速比。卷徑計(jì)算是通過帶鋼線速度和電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速按上式計(jì)算出來的，在整個(gè)卷取過程中，它是一個(gè)積分運(yùn)算量。因此，在程序中需確定運(yùn)算周期t、卷徑變化率和卷取時(shí)間T。1). 算周期t定義在最小直徑Dmin=Dcore和最大線速度Vmax情況下，卷筒轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，為一個(gè)運(yùn)算周期(s),即 (46)2). 卷徑變化率p 卷徑變化率為單位時(shí)間內(nèi)的卷徑變化，即 P=2d/t (47)式中 d—帶材厚度，卷取機(jī)每轉(zhuǎn)一圈直徑的變化量為2dt—旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間3). 卷取時(shí)間T 帶材卷取過程是從卷筒直徑Dcore開始到期望卷徑Dmax的過程，由式(310)和(311)，可得整個(gè)卷徑積分運(yùn)算時(shí)間為T= （48）3. 轉(zhuǎn)矩計(jì)算a)張力力矩在帶鋼卷曲過程中，應(yīng)使帶鋼承受一定的張力，張力控制的穩(wěn)定性和精度對(duì)鋼卷質(zhì)量影響很大。其卷取張力設(shè)定值決于上位機(jī)給定的卷取單位張力、帶鋼寬度與厚度，在卷取過程中，根據(jù)卷取張力及鋼卷卷徑變化就可以計(jì)算出卷取張力力矩，張力力矩計(jì)算公式如下： (49) (410)式中 F—卷取帶鋼張力（N）—卷取單位張力（N/）W—帶鋼寬度（mm）H—帶鋼厚度（mm）D—帶鋼直徑（mm）—卷取張力力矩()b)慣性力矩補(bǔ)償在材料線速度恒定條件下，隨著卷徑的變化是卷取機(jī)卷筒轉(zhuǎn)速隨卷徑變化，為保證恒定的張力，必須根據(jù)卷筒連同鋼卷自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行慣性力矩補(bǔ)償。而在帶鋼卷取過程中，卷筒和鋼卷總的飛輪力矩隨鋼卷直徑的增大而增大，變化及慣性力矩補(bǔ)償公式如下： =+ (411) (412)式中 —全部飛輪力矩 —固定部分的飛輪力矩 —卷筒內(nèi)徑 —鋼的密度，= W—帶鋼寬度 v—軋線線速度 n—卷筒電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速c)帶鋼彎曲力矩補(bǔ)償帶鋼彎曲力矩占電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的一定比重，它與帶鋼厚度的二次方、帶鋼寬度、帶鋼屈服強(qiáng)度成正比，帶鋼屈服強(qiáng)度與鋼種、帶鋼材質(zhì)有關(guān)。帶鋼彎曲力矩補(bǔ)償量可按下式計(jì)算： （413）式中 —帶鋼屈服強(qiáng)度(N/) H—帶鋼厚度(mm) W—帶鋼寬度(mm)