【正文】 根據(jù)設(shè)計要求：δ%5%，而且 =＜10 (345)因此電流環(huán)仍按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。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)忽略反電動勢影響的近似條件為 ： (350)現(xiàn)在 == (350)故滿足該近似條件。(3)小時間常數(shù)近似處理條件為 ， == (351)故滿足該近似條件。卷取機轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計：1. 確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)的等效時間常數(shù)為 2=。(2)取轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：根據(jù)所用測速發(fā)電機波紋情況 =，(3)轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù)為：按小時間常數(shù)近似處理，取 =+= (352)根據(jù)上述參數(shù)可以達到的動態(tài)指標為 δ%=%5% (353)故能滿足設(shè)計要求。2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計要求中不允許系統(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)動態(tài)要求，應(yīng)該按典型II型系統(tǒng)進行設(shè)計。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%和過渡過程時間 。如果能夠滿足設(shè)計要求，則可根據(jù)所選的h值計算有關(guān)參數(shù)；否則要改變h值重新進行計算，直到滿足設(shè)計要求為止。由上述條件得，ASR的超前時間常數(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)簡化條件為，現(xiàn)在， == (359)故滿足該簡化條件。(2)小時間常數(shù)近似處理條件為 ，現(xiàn)在，== (360)故滿足該簡化條件。5. 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當h=5時，ASR退飽和超調(diào)量為 δ%= (361)式中，為電動機允許過載系數(shù)，按題意 =；z為負載系數(shù)，設(shè)為理想空載起動，則z=0；為調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降，= ==；是基準值為時的超調(diào)量相對值，而=。當h=5時，=%，故起動到額定轉(zhuǎn)速，即 = 時，退飽和超調(diào)量為 δ=%10% (362) 本章小結(jié)(1)冷軋機是在“再結(jié)晶”溫度(包括常溫)下將一定厚度的鋼板軋成目標厚度的設(shè)備。(2)本系統(tǒng)直流調(diào)速裝置為四象限運行裝置，電樞回路為三相全控橋式電路，采用邏輯無環(huán)流雙橋反并聯(lián)接線，供電相序不作要求，勵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，從上位機進行設(shè)定，通過以太網(wǎng)傳遞給PLC,PLC再分別傳送到各個傳動系統(tǒng)。速度設(shè)定是以主機架為線速度基準速度，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)定有正反向點動設(shè)定，用于故障處理。穿帶速度設(shè)定，用于生產(chǎn)前軋機穿帶；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系統(tǒng)，因為可逆軋制，軋線速度設(shè)定可根據(jù)軋制方向進行設(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、開卷機及兩者中間的一系列工藝設(shè)備如機架、張力輥等組成。各部分由獨立的電動機分布傳動，全線被帶材連為一體，形成一定的張力，進行協(xié)調(diào)控制。如對卷取機、開卷機、張力輥等的電氣傳動，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:在帶張力工作的機械中，若忽略電動機和機械系統(tǒng)的空載損耗，張力力矩Tt與電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Tm之間有如下關(guān)系：式中 ——電動機電磁轉(zhuǎn)矩；——張力力矩；U、E、I——電動機電樞電壓、電動勢和電樞電流；F——帶材張力；D——帶卷或張力輥的直徑；——機械系數(shù)的減速比；——電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)；——電動機磁通；P——電動機輸入功率；——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，分別控制電樞和勵磁。其原理圖見圖42。（1） 電樞電流控制部分 用調(diào)節(jié)電動機電樞電壓歲卷徑變化，改變電動機轉(zhuǎn)速維持電樞電流不變。張力大小有電流給定值決定。（2） 磁場控制部分 調(diào)節(jié)電動機勵磁電流，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：當鋼帶咬入后，速度調(diào)節(jié)器進入飽和，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，要求電動機磁通隨著變化，并維持恒定，這是通過電動機勵磁調(diào)節(jié)器AMR來實現(xiàn)的。卷徑測量取自卷取機的線速度和卷取電動機的轉(zhuǎn)速。卷徑計算，通過上式知道根據(jù)的關(guān)系進行運算，卷徑計算環(huán)節(jié)的輸出，就和卷徑D成正比。此輸出作為電動機勵磁調(diào)節(jié)的給定值。隨著帶卷直徑變化，例如卷取工作時是從小到大，則勵磁電輸出也相應(yīng)逐漸增大，電動機的磁通也隨之增大，以維持張力恒定。速度調(diào)節(jié)器的作用是實現(xiàn)卷取機的點動工作和在斷帶時限制電動機的轉(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：1)不論是在高速還是在低速，卷取過程的調(diào)速全是由磁場來實現(xiàn)的，因此在低速時電動機的功率不能充分利用。2)由于,所以電動機允許的弱磁倍數(shù)應(yīng)等于卷徑變化的倍數(shù)。當卷徑變化很大時，要求電動機弱磁倍數(shù)也很大，故電動機體積很大。3)采用這種方式，電動機容量要由最大張力和最大線速度的乘積來決定，但實際上，大張力僅在低速時需要，也使得電動機的功率不能充分利用。由于上述這些缺點，需要對其改進，采用按I正比于調(diào)節(jié)電動機電樞電流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，要求電動機轉(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，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)無論線速度是多少、卷徑多大，在基速以下調(diào)速時，電動機均在滿磁下工作。因此可以合理的利用電動機的容量，而且弱磁倍數(shù)與卷徑變化范圍無關(guān)，因而可選弱磁倍數(shù)小的標準電動機。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際值，作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定值作用于系統(tǒng)，電動機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)器通過輸入一個飽和設(shè)定而保持在限幅狀態(tài)。間接張力控制的優(yōu)點是需要張力計檢測實際張力；靠控制電動機電樞電流，并隨卷徑變化計算電磁轉(zhuǎn)矩來維持張力恒定。其實現(xiàn)對張力控制的過程屬于開環(huán)控制。當系統(tǒng)產(chǎn)生擾動時，如摩檫、速度動態(tài)變化等因素對張力波動的消除，靠系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的各種補償裝置來微調(diào)張力給定值，因而，對張力控制的精度低，不能實現(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量卷材張力，張力傳感器的出處信號，作為張力實際值信號反饋到張力調(diào)節(jié)器的輸入端。張力調(diào)節(jié)器輸出為電動機轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，并通過閉環(huán)使隨卷徑變化是的張力恒定。對于傳動控制系統(tǒng)，該方式可近似看成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。 卷取機電動機轉(zhuǎn)矩的計算在卷取張力控制系統(tǒng)中，卷取機電動機轉(zhuǎn)矩的計算是該系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電動機轉(zhuǎn)矩由卷取張力力矩、慣性力矩補償、帶鋼彎曲力矩補償、摩察轉(zhuǎn)矩補償?shù)炔糠纸M成。張力力矩、慣性力矩補償計算中均與卷徑變量有關(guān)，卷徑計算和各部分力矩計算精度直接影響到卷取張力控制的效果。根據(jù)電動機轉(zhuǎn)矩公式，可以計算出卷取電動機電樞電流給定值為 (42) (43)式中 —卷曲電動機轉(zhuǎn)矩—張力力矩—慣性力矩—帶鋼彎曲力矩—摩察力矩卷取機電動機電流給定值，送給卷取機傳動調(diào)速系統(tǒng)，并通過卷取機調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，控制電動機的負載電流。在正常卷取過程中，速度調(diào)節(jié)器飽和使電動機處于轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，并實現(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．線速度測量 線速度v使卷取機卷取過程中的一個重要變量，通常是通過讀取卷取機前的偏導(dǎo)輥上脈沖編碼器輸出脈沖數(shù)并通過計算而獲得的。設(shè)偏導(dǎo)輥直徑為D(m)，每轉(zhuǎn)一周發(fā)出L個脈沖，速度采樣周期為T(ms)，在一個采樣周期共讀取X個脈沖，則實際線速度可由下式求得： (44)線速度測量精度與脈沖編輯器每轉(zhuǎn)給出的脈沖數(shù)及采樣時間有關(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，采樣時間越長，則測量精度越高。 卷取機控制系統(tǒng)中卷徑信號準確與否直接影響張力控制的穩(wěn)定性和精確度。對于卷取機有下式： （45） 式中：——帶鋼線速度；D——卷徑；n——電動機轉(zhuǎn)速 ——機械減速比。卷徑計算是通過帶鋼線速度和電動機實際轉(zhuǎn)速按上式計算出來的，在整個卷取過程中，它是一個積分運算量。因此，在程序中需確定運算周期t、卷徑變化率和卷取時間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)一周的時間，為一個運算周期(s),即 (46)2). 卷徑變化率p 卷徑變化率為單位時間內(nèi)的卷徑變化，即 P=2d/t (47)式中 d—帶材厚度，卷取機每轉(zhuǎn)一圈直徑的變化量為2dt—旋轉(zhuǎn)一周的時間3). 卷取時間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)，可得整個卷徑積分運算時間為T= （48）3. 轉(zhuǎn)矩計算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)定性和精度對鋼卷質(zhì)量影響很大。其卷取張力設(shè)定值決于上位機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算出卷取張力力矩，張力力矩計算公式如下： (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)慣性力矩補償在材料線速度恒定條件下，隨著卷徑的變化是卷取機卷筒轉(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)動慣量進行慣性力矩補償。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—卷筒電動機轉(zhuǎn)速c)帶鋼彎曲力矩補償帶鋼彎曲力矩占電動機轉(zhuǎn)矩的一定比重，它與帶鋼厚度的二次方、帶鋼寬度、帶鋼屈服強度成正比，帶鋼屈服強度與鋼種、帶鋼材質(zhì)有關(guān)。帶鋼彎曲力矩補償量可按下式計算： （413）式中 —帶鋼屈服強度(N/) H—帶鋼厚度(mm) W—帶鋼寬度(mm)