Устройство для фильтрации сигнала толщины и натяжения полосы на прокатном стане Советский патент 1983 года по МПК B21B37/00 

Изобретение относится к автомати ции производственных процессов, а именно автоматическому регулирова нию толщины и натяжения полосы на станинах холодной прокатки листа и других прокатных станах. На станах холодной проКатки лист быстродействие систем регулировани-я ограничивается значительным уровнем воэмугчагощего сигнала, который находится в полосе пропускания системы регулирования и усиливается системо до нежелательных значений, в резул тате чего не уменьшаются, а даже увеличиваются отклонения толшины и натяжения полосы, а также повышается износ механизмов клетей, на которые воздействуют регуляторы {главные привода, нажимные устройства). Для уменьшения воздействия указанных возмущающих сигналов на систему регулирования в нее включают соответствующий фильтр. Линейный фильтр, включенный в ко тур регулирования, одновременно с подавлением высокочастотных сигна лов уменьшает запас по фазе в контур регулирования, ввиду чего приходится уменьшать общий коэффициент усиле ния по контуру регулирования, следовательно, и быстродействие.. Наиболее близким к изобретению являгется псевдолинейный фильтр, у которого нет жесткой взаимосвязи между амплитудной Hi фазовой характеристикой . В таком фильтре возможно получ т.ь подавление усиления с ростом- частот при значительно меньшем сдвиге по фазе, чем в линейном фильтре. Фильтр включает в себя последовательно соединенные блок сигнатуры, линейный фильтр, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соеди нен с входом блока сигнатуры и служи входом фильтра, а выход является выходом фильтра l .. Недостатком фильтра является получаемое в нем отставание по фазе, достигающее почти 20°, на частах вблизи границы полосы пропускания. Этот сдв по фазе снижает устойчивость замкнутого контура регулирования. . Вторым недостатком является иска жение формы сигнала при прохождении tno через данный фильтр -(внесение вы ших гармоник в выходной сигнал фильт ра ) из-за периодического спадания до нуля выходного сигнала блока выделения модуля с частотой, в 2 раза боль шей, чем частота входного сигнала фильтра. При перемножении входного сигнала фильтра и сигнала блока выделения модуля на выходе фильтра получается сигнал, форма которого существенно отличается от фор(иы вход ного сигнала. Дополнительным следст.вием этого является одновременное j искажение постоянной составляющей сигнала и снижение коэффициента передачи по постоянной составляющей, что ухудшает отработку возмущений низкой частоты. Цель изобретения - уменьшение фап aoBbtx и нелинейных искажений- сигнала толщины и Натяжения полосы. Поставленная цель достигается тем, что устройство для фильтрации сигнала и натяжения полосы на прокатном ст.ане , содержащее блок сигнатуры и умножитель, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, а выход умножителя является выя одом фильтра, дополнительно содержит, три формирователя ИМПУЛЬСОВ, интегратор .со сбросом в нулевое состояние,,, датчик скорости прокатки, четыр е ключа, два запоминающих аналоговых блока, повторитель и селектор большего сигнала, причем выход перэого формирователя подсоединен к входу сброса интегратора, вход интегратора подсоединен к датчику скорости, прокатки, выход интегратора соединен с входом повторителя через первый ключ, первый запоминаю.щий аналоговый блок и.третий ключ, а также через второй ключ, второй запоминающий аналоговый блок и четвертый ключ, выходы второго и третьего формирователей соединены с управляющими входами первого и .второго ключей, а выход блока сигнатуры соединен с входами формирователей и управляющими входами третьего и четвертого ключей, входы селектора большего сиг-нала соединены с выхолами интегратора и повторителя, а выход селектора больрюго сигнала с Другим входом умножителя. , . На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.2 - диаграмма сигналов на выходах блокрв для различных входных сигналов и gK , Устройство включает в себя блок 1 сигнатуры и умножитель 2, первый вход которого соединён с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, выход умножителя 2 является выходом фильтра. К выходу блока 1 сигнатуры подключены входы формирователей 3-5 импульсов. Датчик 6 скорости прокатки подклю.чен к. входу интегратора 7, .к входу сброса интегратора 7 подключен формирователь 3.:Выход интегратора 7 соединен ключами 8 и 9, входы которых подключены к формирователям 4 и 5, с входами аналоговых запоминающих блоков 10 и 11, выходы этих блоков соединены ключами 12 и 13, входы которых подключены к блоку 1, с входом повторителя 14. Выходы интегратора 7 и повторителя 14 поступают на входи селектора 15 большего

сигнала, выход которого поступает на .второй вход умножителя 2.

Напряжение на выходе блока 1 сигнатуры (Ug) имеет v вид прямоугольников с постоянной гинплитудой, частота которых зависит от частоты входного сигнала,, а скважиннс сть - от нешичия в6. входном сигнале постоянной составляющей. . .: . В «эменты и.зменения полярности на вьнсоде блока 1 запускаются формирова тели 3-5 импульсов, выдающие коротки (по отношений к периоду входного сигнала) импульсы. При этом ВТОРОЙ формирователь 4 выдаёт импульс только после отрицательного фронта блока сигнатуры, а третий iiopNttipOBaTejib 5 вьщает Импульс только после положительного фронта блока сигнатуры, т.е. каждый из этих фориирователей выдает импульс одий раз за период входного сигнала. Первый формирователь 3 выдает импульс после каждого фройта (и положительного и отрица.тельного) блока сигйатуры со сдвигом несколько бОлычим длительности Импульсов формирователей 4 и 5, т,е. формирователь 3 вьщает импульс после каждого импульса формирователе 4 и 5.; На фиг.2 приведены выходные Напряжейия формирователей ( ( полярности импульсов показаны услоийо: положительные у форьадрователей 4 и 5 и (этрицательйые у формиройателя 3. Действительная полярность. импульсов формирователей 4 и 5 должйа быть такой.чтобы открывать ключи 8 и 9, а формирователя 3, производить сброс .интегратора 7.

: - - . : : . F -. .: :

На вход интегратора 7 поступает сигнал датчика б скорости прокатки, при каждом изменении полярности входного сигнала (после каждого переброса блока 1 сигнатуры) формирователь 3 производит сброс-интегратора 7 ДО йуля, после чего напряжение интегратора 7 Uj линейко возрастает до следующего переброса блока 1 сигнаТУРЫ. При каждом иэменёйии полярности входного сигнала перед сбросом интегратора поочередно импульсаьда формирователей 4 и 5 открываются ключи 8 и 9 и конечйое напряжение интегратора 7 за предш ствукяцее время поступает на вход аналоговых запо инагацих устройств (АЗУ) 10 .и 11. В каждом иэ них конечное напря жениё интегратора запоминается на время одного периода,НО благодаря сдвигу импульсов форьдарователей 4 и 5 Годин после отрицательной г друго после положительной полярности(и0к) напряжение может быть разным при разйой длительности импульсов положительной и .отрицательной полярности блока 1 сигнатуры, т..е при несимметричном входном сигнале.

Выходы АЗУ 10 и 11 соединяются ключами 12 и 13 с входом повторителя 14; ключи 12 и 13 управляются напряжением блока 1 сигнатуры, причем открываются поочередно напряжением положительной и отрицательной полярности . Чередование работы ключей В, 9, 12 и 13 устанавливается таким, |что ключ 8 замыкается после полярности напряжения Ugj, при которой был замкнут ключ 12,. а ключ 9 замыкается после отрезка времени, когда был замкнут ключ 13.

Через ключи 12 и 13 напряжение АЗУ 10 и 11 поочередно через повторитель

14поступает на один вход селектора

15j на другой которого поступает напряжение интегратора 7; большее из этих напряжение с выхода селектора 15{исУ поступает на второй вход умножителя 2 и служит коэффициентом, на который умножается входной сигнал

Таким образом, интегратор, 7 производит измерение относительной длительности последовательно положительных и отрицательных импульсов блока 1 сигнатуры (относительной в том смысле, что масштаб измерения зависи от сигнала датчика 6 скорости про-. каТки, т.е. выход интегратора пропорционален произведению длительности импульса и скорости прокатки). Тем самьдал учитывается технологический фактор, что частота возмущений определяется длиной периода колебаний толщины полосы. Далее замеренная длительность импульса запоминается в виде напряжения и используется как коэффициент передачи фильтра на следующей полуволне той-же полярности входного сигнала.

, При низкой частоте входного сигнала Чбольшая длительность импульсов коэффициент передачи фильтра будет максимальным (равным единице ) при повышении частоты коэффициент передачи снижается (на фиг.2 коэффициент Передачи фильтра 0,8), при этом отсутствует сдвиг сигнала по фазе и высшие гармоники.

При несимметричном входном сигнал включающем низкочастотную или постоянную составляющую коэффициент передачи фильтра при различной полярности входного сигнала будет различным ввиду их разной длительности. Сигйап полярности с меньшей длительностью полуволн подавляется сильнее (фиг,2). В результате этого размах пульсаций подавляемого сигнала уменьшается так же, как и при отсутствии Постоянной составляющей, а постоянная составляющая уменьшается в значительно меньшей стсепени и может Дёике увеличиваться. ЧРак, в конкретйом случае, приведенном на фиг;2, размах пульсаций выходного сигнала составляет 0,87 от размаха пульсаций входного сигнала, а посто,явная составляющая выходного сигнала от входного сигнала. Благодаря этому уменьшается ненужное воздействие тех нологического регулятора по высокой Частоте и сохраняется необходимое воздействие по низкой частоте/ что повышает эффективность регулирования Сдвига сигнала по фазе нет, искажение сигнала весьма мало. Селектор 15 дает возможность при увеличении длительности полупериода увеличивать коэффициент передачи фильтра в этом же полупериоде. , Опытный образец предлагаемого устройства выполнен на четырех операционных усилителях, четырех полевых транзисторах разной проводимости и стандартном множителе.i Устройство прошло опытное опробование в системе регулирования толщины на непрерывном стане холодной прокатки. Результаты испытаний подтвердили, что постваленная цель достигнута {исключен сдвиг фазы, повышен коэффициент передачи по постоянной составляющей) , вместе с тем выполняется эффективное амплитудное подавление высокочастотных колебаний в системе регулирования. Это дало возможность повысить коэффициент усиления и быстродействие регулятора толщины, следовательно точность регулирования. Эффективность от использования устройства в системах регулирования толщины и натяжения полосы заключается в улучшении качества полосы (выхода высокосортной продукции, уменьшении числа обрывов и т.д.), Экономичебкая эффективность от внедрения на один непрерывный; стан холодной прокатки составит 320 тыс.руб.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА тожцины и НАТЯЖЕНИЯ полосы НА ПРОКАТНОМ СТАНЕ, содержащее блок сигнатуры и умножитель, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильт ра, а выход умножителя является выходом фильтра, от л и ч а ю щ е .ес я тем, что, с целью уменьшения фазовых и нелинейных искажений сигнала толщины и натяжения полосы. оно дополнительно содержит три формирователя импульсов, интегратор со сбросом в нулевое .состояние, датчик скорости прокатки, четыре ключа, два запоминающих анздоговых блока, повторитель и селектор большего сигнала; причем выход первого формирователя подсоединен к входу сброса интегратора, вход интегратора подсоединен к датчику скорости прокатки, выход интегратора соединен с входом повторителя через первый ключ, первый запоминающий аналоговый блок и третий ключ а также через второй ключ, второй запоминающий аналоговый блок и четвертый ключ, выходы второго и третьего формирователей соединены с управляющими входами первого и второ(Л .го ключей, а выход блока сигнатуры соединен с входами формирователей и управляющими входами третьего и четвертого ключей, входы селектора большего сигнала соединены с выходами ин- тегратора и повторителя, авыход селектора большего сигнала с другим входом умножителя. ю 4 САЭ ОО