Устройство регулирования диаметра стекловолокна Советский патент 1986 года по МПК C03B37/00 

ройствам регулирования диаметра стекловолокна.

Цель изобретения - повьшение точности регулирования.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства регулирования диаметра стекловолокна; на фиг. 2 12570642

Изобретение относится к производ- В данном случае объектом управле- ству стекловолокна, конкретнее к уст- ния является установка по выработке

стекловолокна, входным параметром является частота вращения электро- 5 привода 4, а выходным параметром - диаметр d волокна.

Для установки типа И4.О13.0091 - по выработке стекловолокна экспериментально получена математическая мо- вариант реализации релейного элемен- 10 дель объекта в виде инерционного та 18; на фиг. 3 - схема модели звена с коэффициентом передачи 3, 5 объекта.и постоянной времени 0,5 с.

Устройство содержит печь 1, из Скорость вытягивания V волокна 2 которой вытягивается стекловолокно 2, равна линейной скорости его намотки вытягивающее приспособление 3 с элект- is на вытягивающее приспособление 3 и роприводом 4, датчик 5 диаметра во- при постоянном радиусе намотки,R локна, задатчик 6 диаметра, первый -пропорциональна частоте вращения элемент 7 сравнения, первый регуля- электропривода 4. .Сигнал UQ, тор 8, блок 9 модели объекта, вто- поступающий с датчика 12 частоты рой элемент 10 сравнения, второй регу 20 вращения на амплитудный вход релей- лятор 11, датчик 12 частоты вращения, элемента 18, устанавливает усилитель 13 с коэффициентом усиления два, третий элемент 14 сравнения, первый интегратор 15, 1 етвертый элемент 16 сравнения, второй интегратор 17, релейньй элемент 18 и низкочастотный фильтр 19. Релейный элемент 18, изображенный на фиг,2, состоит из компаратора 20, диодов 21 - 24, усилителя 25 и инвертора 26. 30 четвертом элементе 16 сравнения

из сигнала Z с первого ижгегратора 15 вычитается сигнал X с выхода релейного элемента 18. Их разность поступает на вход второго интегратора 17,

амплитуду выходного сигнала релейного элемента +М, пропорциональной скорости вытягивания стекловолокна 2, 25 т.е.

,(2)

где К - коэффициент, выбираемый из

условия К -,

Блок модели объекта 9 представляет собой электронную схему, в которой зависимость между входным и выходным электрическими сигналами совыходной сигнал S которого управляет

выходной сигнал S которого управляе

ответствует зависимости между физи- ,, аы иднои сигнал s которого ческими параметрами объ-.кта управле- Работой релейного элемента 18. Для ния. Схема модели объекта (фиг. 3)

указанных сигналов справедливы соот

срдержит операционный усилитель 27, резисторы 28 и 29 и емкость 30. Коэффициент усиления определяется соотно- шением R /R, а постоянная времени произведением ,.

Устройство работает следующим образом.

Время транспортного запаздывания, в течение которого волокно проходит от места формования - печи 1 - до датчика 5 диаметра волокна равно

L .

V

(1)

где L - расстояние от печи до датчика диаметра волокна; V - скорость вытягивания волокна. Поэтому сигнал о сформированном диаметре волокна d поступает с датчи ка 5 с задержкой на время Т и равен (t-T). Это осложняет точное регулирование диаметра стекловолокна.

Скорость вытягивания V волокна 2 равна линейной скорости его намотки на вытягивающее приспособление 3 и при постоянном радиусе намотки,R пропорциональна частоте вращения электропривода 4. .Сигнал UQ, поступающий с датчика 12 частоты вращения на амплитудный вход релей- элемента 18, устанавливает четвертом элементе 16 сравнения

амплитуду выходного сигнала релейного элемента +М, пропорциональной скорости вытягивания стекловолокна 2, т.е.

,(2)

где К - коэффициент, выбираемый из

условия К -,

выходной сигнал S которого управляет

аы иднои сигнал s которого Работой релейного элемента 18. Для

аы иднои сигнал s которого Работой релейного элемента 18. Для

указанных сигналов справедливы соотношения

(3) (4)

X MsinS. (5) После преобразования выражений (3) - (5) получаем

(6)

Й| z-MsinS. dt

При и выполнении неравенства , достигаемого за счет соответствующего выбора амплитуды М релейного элемента 1В на линии , возникает так на- зываемый скользящий режим , в котором среднее значение двуполяр- ного сигнала ,пропорционально величине входного сигнала Z.

При скважность прямоугольных двуполярных импульсов на выходе релейного элемента 18 равна двум, а среднее на период Т значение Хср равно нулю. При возрастании сигнала Z увеличивается длительность t положи- тельнь.л импульсов и уменьшается длительность t отрицательных импульсов, а среднее за период значения Х, получаемое на выходе низкочастотного фильтра 19, пропорционально амплитуде М и величине сигнала Z, т.е.

tf)

,t -tХСР MZ

или с учетом (2)

() X,,K,VZ.

(7)

I-X.e.+Xjj,. yj)

в силу вьфажения (1) - выражение (7) принимает вид

(R)

i.,. -) Усилитель 13 имеет коэффициент усиления два, поэтому на выходе третьего элемента 14 сравнения сигнал равен «

(t)-x;;,(9)

С другой стороны, если на выходе интегратора 15 сигнал равен Z, то на его входе сигнал

(10)

Совместное решение уравнений (8) (10) дает

V

(11)

Передаточная функция в изображениях

по Лапласу для уравнения (11) имеет вид

Х(Р) .-1 п 2 . Ud(P) -fp +r р-ьГ tp -t-1

(12)

Как известно передаточная функция вида

f-ll

. tp+1

соответствует )азлржению функции i зaпaздывaния 1 Р в ряд Пада. Следовательно, уравнение (12) для. оригиналов переменных, т.е. в функции времени, примет вид

X(t)Ud(t)-Ud(t-t). (13) Сигнал на выходе первого элемента 7 сравнения с учетом выражения (1-3) ра . вен

.(t-r)-Ud +X(t) Ud(t)-Udj

(1

где Uj - сигнал с задатчика 6 диаметра.

Отметим, что всегда, так как (t)-Ud(t)+Ud(t-T). Как видно из вьфажения (14) регулятор 11 осуществляет регулирование непосредственно п

, j

10

20

25

-

30

35

40

45

-

50

55з впо

отклонению диаметра волокна в месте формирования (на выходе из печи) от заданного значения Uj без запаздывания на время с . Это существенго повышает точность регулирования диаметра волокна. Сигнал рассогласования и управляет работой регулятора 11, на выходе которого формируется сигнал UuJ , пропорциональный требуемой (заданной) в данный момент частоте вращения электропривода 4 с вытягиваю1дим приспособлением 3. Этот сигнал поступает на вход блока 9 модели объекта, на выходе которого формируется сигнал Uj(t), пропорциональный диаметру d стекловолокна на выходе из печи 1, соответствующему частоте вращения i вытягивающего приспособления 3. Сигнал U поступает на один из входов второго элемента 10 сравнения, на другой вход которого подается сигнал с датчика 12 частоты вращения, пропорциональный текущему значению частоты вра щения uJ электропривода 4. Выходной сигнал со второго элемента 10 сравнения управляет работой регулятора 8, стремяь возможно точнее поддерживать частоту вращения cJ электропривода 4, равной заданной х),. Регуляторы 8 и 11 могут быть выполнены типовыми линейными, например пропорциональными или пропорционально-интегральными . Целесообраз но также в качестве регулятора 8 использовать регулятор с разрывным управлением, обеспечивающий повышенное быстродействие электропривода 4 и, следовательно, повышенную точность регулирования диаметра стекловолокна. Использование сигнала U с выхода датчика 12 частоты вращения для регулирования амплитуды М двуполяр- ного напряжения в релейном элементе 18 позволяет учитывать изменение времени транспортного запаздывания t при изменении скорости вытягивания V волокна (выражения (7) и (8). Это пОвьппает точность регулирования диаметра волокна за счет точной компенсации сигнала Uj(t- i ) в датчике 5 диаметра волокна и составляющей Uj(t-t)

в сигнале (выражение (Ю).

Таким образом, введение связи с выхода датчика 12 частоты вращения на амплитудный вход релейного элемента 18 позволяет повысить точность регулирования диаметра стекловолокна

$12570646

за счет компенсации переменного трак- измерения сформированного диаметра сгшптного запаздывания t в тракте стекловолокна.

.J8

-тт

16

н2Н1ЮН2ЖЖ} 1

,,

ю-ф

иг.1

оХ

о (/а}

.Ugtn.