Способ управления вытягиванием волокон при формовании и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК D01D5/12 C03B37/02 

Изобретение относится к производству химических волокон, имеющему стадии экструзии и вытягивания, и преимущественно для установок формования полимерных оптических волокон.

Целью изобретения является повышение точности управления.

На чертеже приведено устройство для осуществления способа.

Устройство содержит датчик 1, задатчик 2 и регулятор 3 диаметра волокна, подающий фильерный узел 5 с электроприводом 6 подачи расплава полимера, приемный узел 7 с электроприводом 8 приемки вопокна 4, датчик 9 натяжения волокна, датчики 10 и 11 скоростей соответственно подающего 5 и приемного 7 узлов, коррелятор 12 блок П

дифференцирования, фильтр 14, промежуточный усилитель 15, блок 16 перемножения, широтно-импульсный модулятор 17, коммутатор 18, корректирующий блок 19, управляемый квантователь 20, блок 21 вычисления скорости, блок 22 сравнения,сумматор 23 и блок 24 деления.

Выход задатчика 2 диаметра волокна подключен к первому входу блока 22 сравнения, выход которого через регулятор 3 диаметра волокна связан с первым входом блока 24 деления. Выход датчика 10 скорости подающего узла подсоединен к первому входу блока 21 вычисления скорости, второй вход которого обьединен с вторым входом блока 24 деления и связан с выходом задатчика 2 диаметра волокна Выход

О 00 Os

S

VI

датчика 1 диаметра волокна подсоединен к второму входу блока 22 сравнения через квантователь 20, управляющий вход которого соединен с выходом блока 21 вычисления скорости. Выход датчика 9 натяжения волокна подключен к первому входу коррелятора 12 и посредством блока 13 дифференцирования связан с входами филыра 14 и промежуточного усилителя 15, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора 18. Второй вход коррелятора 12 подключен к выходу датчика 11 скорости приемного узла, а выход через широтно- импульсный модулятор 17 подсоединен к управляющему входу коммутатора 18, выход которого соединен с входом корректирующего блока 19. Выход блока 24 деления связан с первым входом блока 16 перемножения, второй вход которого подключен к выходу блока 21 вычисления скорости, а выход соединен с первая входом сумматора 23. Выход корректирующего блока 19 подсоединен к второму входу сумматора 23, выход которого связан с входом электропривода 8 приемного узла.

Коррелятор 12 представляет собой блок, осуществляющий вычисление коэффициента у корреляции между сигналами натяжения F и скорости приемки Vnp волокна в соответствии с классической формулой статистических вычислений. Выходной сигнал коррелятора 12 изменяется в пределах (О - 1) и характеризует долю отклонения натяжения волокна, определяемую лишь вариациями скорости его приемки. При этом оставшаяся часть изменения натяжения определяется работой подающего фильерного узла 5.

Блок 13 дифференцирования вычисляет приращение входного сигнала за установленный малый промежуток времени как разность между текущим и предыдущим значениями и может быть реализован на базе арифметико-логического устройства, работающего в режиме вычитания, на один вход которого непосредственно подается исходный сигнал, а на второй - тот же сигнал, но прошедший через линию задержки.

Фильтр 14 представляет собой линейное инерционное динамическое звено, в простейшем случае апериодическое звено первого порядка, которое может быть выполнено на операционных усилителях. Параметры фильтра подбираются таким образом, чтобы обеспечить возможно более точное определение производной диаметра по приращениям натяжения, вызванным изменением скорости приемки волокна.

Промежуточный усилитель 15 имеет такой коэффициент передачи, который по- зволяег обеспечить определение производной диаметра волокна по приращениям натяжения, вызванным воздействием подающего фильерного узла 5.

Широтно-импульсный модулятор 17 предназначен для изменения скважности выходного высокочастотного импульсного

сигнала в зависимости от величины сигнала управления, В данном случае его параметры подбираются так, что скважность выходного сигнала численно равна величине входного сигнала, т.е. величине оценки степени корреляции между натяжением и скоростью приемки волокна.

Коммутатор 18 выполнен ь виде малоинерционного аналогового ключа, подключающего к выходу свой первый или второй

входы в зависимости от наличия на управляющем входе соответственно логической 1 или логического О.

Корректирующий блок 19 представляет собой активный фильтр, выполненный,

например, на операционных усилителя. Е:го структура и параметры позволяют обеспечить желаемые динамические характеристики вспомогательного контура оперативного управления диаметром волокиа.

Управляемый квантователь 20 может быть построен на базе ключа, управляемого от преобразователя напряжение - частота, и выходного регистра памяти.

Блок 21 вычисления скорости представляет собой вычислитель, производящий расчет скорости приемки волокна на основе информации о скорости подающего устройства и заданного диаметра. Расчет скорости

приемки производится на основе уравнения неразрывности волокна вида:

Vnp. Упод где Vnp - действительная скорость приемки;

D - действительный диаметр сформированного волокна:

С - коэффициент пропорциональности;

VnoA - скорость подачи.

Способ реализуется следующим обра- зом.

Возникающие в процессе формования волокна отклонения его действительного диаметра от заданного задатчиком 2 значения формируются блоком 22 сравнения и подаются на вход регулятора 3, который формирует исходный управляющий сигнал на изменение скорости электропривода 8 приемного узла 7. Поскольку изменение поперечных размеров волокна происходит в непосредственной близости от подающего фильерного узла 5 и будет зафиксировано датчиком 1 диаметра с запаздыванием по времени, определяемым продолжительностью прохождения волокна от фильеры к датчику 1 диаметра волокна, то для исключения преждевременных управляющих воздействий на электропривод 8 и стабилизации динамики всего основного контура регулирования, сигнал о действительном диаметре волокна подается на блок 22 сравнения в дискретизиро- ванной по времени квантователем 20 форме. При этом такт квантования меняется в зависимости от величины оценки Vnp скорости приемки волокна благодаря подключению выхода блока 21 вычисления скорости к управляющему входу квантователя 20 и поддерживается близким к величине запаздывания установки в любом скоростном режиме.

Поскольку коэффициент передачи Kn D/Vnp от скорости приемки к диаметру готового волокна существенно зависит от скоростного режима установки, то в устройстве производится деление выходного сигнала регулятора 3 на заданный диаметр и умножение блоком 16 перемножения на величину оценки скорости приемки волокна Vnp ,чем обеспечивается стабилизчция об щего коэффициента усиления прямого канала регулятор - объект и всего основного контура управления диаметром.

Таким образом реализуется программная адаптация основного контура управления диаметром к изменениям скоростного режима установки, возникающим при смене артикула волокна.

Повышение быстродействия всей системы достигается формированием оценки (прогноза) ожидаемых изменений диаметра волокна по информации об изменениях его натяжения в зоне формования и опера гиа- ной компенсации флуктуации диаметра за счет соответствующего воздействия на электропривод 8 приемного узла.

На основе информации о действительном натяжении волокна, поступающей с датчика 9 натяжения волокна, в блоке 13 дифференцирования формируется сигнал производной натяжения по времени и подается одновременно ня входы фильтра 14 и промежуточного усилителя 15. выходные сигналы которых позволяют получить оценку производной диаметра волокна 4.

При изменении скорости приемного узла 7 определяющим является процесс одноосного растяжения, а при изменении параметров состояния расплава в фильер- ном узле вариации диаметра и нзгяжсния определяются особенностями сдвигового

течения расплава в фильерном канале, поэтому суммирование выходных сигналов фильтра 14 и промежуточного усилителя 15 производится с определенными весовыми коэффициентами, находящимися в прямой и обратной зависимости от оценки степени корреляции между натяжением волокна и скоростью приемного устройства, вычисляемой коррелятором 12.

0Так, при возмущениях со стороны подающего фильерного узла 5 происходят одно- времен ные изменения натяжения и диаметра вопокна. В начальной стадии обработки возмущения коррелятор 12

5 фиксирует отсутствие корреляции между натяжением и скоростью приемки, его выходной сигнал и, как следствие, скважность высокочастотного выходного сигнала ши- ротно-импульсного модулятора 17 близки к

0 нулю. При этом коммутатор 18 обеспечивает прохождение на вход корректирующего блока 19 лишь выходного сигнала безынерционного промежуточного усилителя 15.что позволяет получить наиболее точную для

5 этой стадии процесса оценку производной диаметра волокна. На основе полученной информации корректирующий блок 19 формирует соответствующее управляющее воздействие на входе электропривода 8 с

0 целью компенсации возмущения,

По мере работы электропривода 8 меняется характер взаимосвязи между диаметром и натяжением волокна 4, однако коррелятор 12 фиксирует повышение степе5 ни корреляции натяжения и скорости приемки, изменяет скважность выходного сигнала широтно-импульсного модулятора 17 и обеспечивает использование выходного сигнала фильтра 14 в оценке производ0 ной диаметра вопокна

В результате получения достоверной оценки производной диаметра волокна при соответствующей структуре корректирующего блока 19 возможно организовать

5 устойчивую работу вспомогательного контура гибкой обратной связи по диаметру и обеспечить эффективную компенсацию флуктуации поперечных размеров волокна в процессе формования.

0Формула изобретения

1 Способ управления вытягиванием волокон при формовании, заключающийся в измерении диаметра готового волокна, сравнении его с заданным и формировании

5 по результатам сравнения управляющего воздействия на изменение скорости приемного узла с учетом фактической скорости приемки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, дополнительно измеряют натяжение волокна

в зоне вытяжки и скорость подачи расплава в фильеру, с учетом которых дополнительно корректируют управляющее воздействие.

2. Устройство для управления вытяги- ванием волокон при формовании, содержащее датчик диаметра волокна, подключенный к одному из входов блока сравнения, выход которого связан с регулятором диаметра волокна, датчик скорости приемного узла, сумматор, промежуточный усилитель, фильтр, блок коррекции и электропривод приемного узла, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, оно снабжено датчиком натяжения волокна, датчиком скорости подающего узла, коррелятором, блоком дифференцирования, блоками перемножения и деления, широтно-импульсным модулятором, коммутатором, управляемым квантователем и блоком вычисления скорости волокна, причем выход датчика натяжения волокна подключен к первому входу коррелятора и через блок дифференцирования - к входам фильтра и промежу- точного усилителя, выходы которых

соединены соответственно с первым и вторым входами коммутатора, выход датчика скорости приемного узла связан с вторым входом коррелятора, выход которого через широтно-импульсный модулятор подсоединен к управляющему входу коммутатора, при этом выход датчика диаметра волокна посредством квантователя связан с вторым входом блока сравнения, выход датчика скорости подающего узла подключен к первому входу блока вычисления скорости волокна, выход регулятора диаметра волокна соединен с первым входом блока деления, второй вход которого обьединен со вторым входом блока вычисления скорости волокна и подсоединен к выходу за- датчика диаметра волокна, первый вход блока перемножения связан с выходом блока деления, второй вход объединен с управляющим входом квантователя и подсоединен к выходу блока вычисления скорости волокна, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого через блок коррекции соединен с выходом коммутатора, а выход связан с входом электропривода приемного узла.

Изобретение относится к производству химических волокон, имеющему стадии экструзии и вытягивания, а именно к установкам формования полимерных оптических волокон Целью изобретение является повышение точности управления. Устройство содержит каналы управпения электроприводом приемного узла по сигналам датчика скорости подающего фильтра филь- ерного узла и датчика диметра волокна, имеющий задатчик диаметра, блок сравнения, регулятор диаметра волокна, блок депения, блок перемножения, уп- равляемыи кьантователь блок вычисления скорости приемки и сумматор, на один из входоз которого поступает сигнал коррекции, формируемый по сигналам датчика натяжения волокна и скорости приемного узла коррелятором, широтно-импульсным модулятором, блоком дифференцирования, фильтром, промежуточным усилителем, коммутатором и i орректирующим блоком. 2 с п ф-лы 1 ил. сл с