Устройство для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана Советский патент 1982 года по МПК B21B37/54 

Изобретение относится к области а томатического управления двигателем моталки листопрокатного стана, а точ нее к устройствам для регулирования натяжения на моталке стана холодной прокатки. Изобретение наиболее эффек тивно может быть использовано для регулирования натяжения на моталке высокоскоростного многовалкового ста на холодной прокатки. Известен электропривод моталки стана холодной прокатки с устройством для регулирования натяжения, содержащем параллельно включенные пропорциональный и интегральный каналы, причем постоянная времени интегрального канала обратно пропорциональна скорости валков. Суммарный сигнал обоих каналов обратно пропорционален сечению полосы l}. Недостатком этого устройства является низкое быстродействие системы регулирования натяжения при прокатке тонких noruic на высоких скоростях. Известен также электропривод моталки стана холодной прокатки с устройством для регулирования натяжения, содержащем параллельно включенные пропорциональный, интегральный и Дифференциальный каналы. Коэффициент усиления пропорционального канала препорционален произведению величин скорости полосы и приведенной массы привода моталки, а постоянная времени дифференциального канала пропорциональна отношению приведенной массы привода моталки к сечению прокатываемой полосы 2. Недостатком этого устройства является невысокая помехоустойчивость и увеличение колебательности переходного процесса натяжения при прокатке полос большого сечения на малых скоростях, что приводит к увеличению разнотолщинности и ухудшению планшетности прокатываемой полосы. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана f3 . Это устройство содержит электропривод моталки, задатчик натяжения, измеритель натяжения и регулятор натяжения, состоящий из параллельно включенных интегрального и пропорционального каналов, причем коэффициент усиления пропорционального канала пропорционален произведе нию величин скорости полосы и приведенной массы привода моталки. Недостатком такого устройства является низкое быстродействие системы регулирования натяжения при прокатке тонких полос на высоких скоростях что приводит к увеличению разнотолщинности полосы. Целью изобретения являются повышение быстродействия системы регулирования натяжения при прокатке тонких полос на высоких скоростях и улучшение качества переходных процессов при прокатке толстых полос на Малых скоростях, а также возможность использования данного устройства для регулирования толщины при прокатке тонких и тончайших полос путем изменения натяжения. Цель достигается тем, что устройс во для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана, содержащего электропривод -моталки, задатчик натяжения, измеритель натяжения и регулятор натяжения, состоящий из параллельного включенных интегрального и пропорционального каналов, причем последний состоит из последовательно соединенных между собой пропорционального регулятора и блока умножения, дополнительно содержит вычислительный блок, связан ный с электроприводом моталки, блок с регулируемой постоянной .времени, блок сравнения, источник смещения, два блока умножения, коммутирующий блок и два ключевых элемента, причем второй вход блока умножения пропорционального канала подключен к первому выходу вычислительного блока выход интегрального канала подключен к сумматору через первый ключевой элемент, выход сумматора подключается к первому входу первого блока умножения , второй вход которого подклю чен к второму выходу вычислительного блока, выход первого блока умножения связлнный также с электроприводом мо талки, подключен к первому входу блока с регулируе ой постоянной времени, второй и третий входы которого подключаются к второму и третьему выходам вычислительного блока, выход блока с регулируемой постоянной времени соединен со вторым входом пропорционального регулятора через второй ключевой элемент, вход управления которого, так же как и вход первого ключевого элемента, подключен к выходу коммутирующего блока, вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с источником смещения, а второй вход - с -выходом второго блока умножения, входы Kotoporo подключены к первому и второму выходам вычислительного блока. При этом в качестве блока с регулируемой постоянной времени используется операционный усилитель, во входную цепь которого включен резистор, а в цепь обратной связи включены параллельно резистор и конденсатор, причем последовательно с конденсатором включен третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения , при этом входная цепь операционного усилителя является первым входом блока с регулируемой постоянной времени, а первый и второй входы соответственно вторым и третьим входами блока с регулируемой постоянной времени. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока с регулируемой постоянной времени; на фиг. 3 схема вычислительного блока. Устройство содержит задатчик 1 и измеритель 2 натяжения, интегральHbtfj, 3 и пропорциональный k регуляторы, блок 5 умножения пропорционального канала, первый ключевой элемент 6, сумматор 7, первый блок 8 умножения, электропривод 9 моталки, источник 10 смещения, второй блок 11 умножения, блок 12 сравнения, коммутирующий блок 13 второй ключевой элемент 1, блок 15 с регулируемой постоянной времени и вычислительный блок 16. Блок с регулируемой постоянной времени (фиг. 2) содержит блоки 17 и 18 умножения, конденсатор 19, резисторы 20 и 21 и операционный усилитель 22. Разность выходов задатчика 1 и измерителя 2 натяжения подключена 5 к входу интегрального регулятора 3 и к первому входу пропорционального регулятора t, выход которого соединен с первым входом блока 5 умножени пропорционального канала. Выход интегрального регулятора 3 через первый ключевой элемент 6 подключен к первому входу сумматора 7, к второму входу которого подключен выход блока 5 умножения пропорционального канала. Выход сумматора 7 подключается к первому входу первого блока 8 ум-ножения, выход которого соединен с электроприводом 9 моталки. Источник 10 смещения и выход второго блока 11 умножения подключены соответственно к первому и второму входам блока 12 сравнения, выход которого соединен с входом коммутирующего блока 13Вход управления первого ключевого элемента 6 и вход управления второго ключевого элемента 14 подключены к выходам коммутирующего блока 13. Выход первого блока 8 умножения подключен к первому входу блока 15 с регулируемой постоянной времени , выход KOTOjPoro через второй ключевой элемент) подключается к второму входу пропорционального регулятора k. Первый выход вычислительного блока 16, связанного с электроприводом 9 моталки, подключен к втс5рому входу блока 5 умножения пропорционал ного канала и к первому входу второг блока 11 умножения; второй выход вычислительного устройства 16 подключа ется к вторым входам первого и второ го блоков В и 11 умножения и к второму входу блока 15 с регулируемой постоянной времени; третий выход вычислительного блока 16 подключен к третьему входу блока 15 с регулируемой постоянной времени. Выход четвертого блока 17 умножения подключен к второму входу третьего блока ,18 умножения, выход которого через конденсатор 19 соединен с резисторами 20 и 21 и подключается к входу операционного усилителя 22, выход которого соединен с резистором 20 и с первым входом третьего блока 18 .умножения. функциональное назначение вычисли тельного блока 16 состоит в определении следующих величин -|- (U), (1 VG/Q - Ct} 8 На фиг. 3 представлена функциональная схема вычислительного блока, выполненного на обычных стандардных элементах. В состав вычислительного блока входят три функциональных преобразователя 23, 2 и 25 ФП1, ФП2 и ФПЗ, два множителя 26 и 27 МУ1 и МУ2 и один делитель 28 ДУ. В ка- . честве входных величин используются измеряемые Vg, h и R и задаваемые оператором 4,,. Устройство работает следующим образом. Допустим, параметры объекта регулирования таковы, чтопереходный процесс натяжения имеет колебательный характер, причем декремент затухания колебаний 5 меньше выбранной величины декремента, равной , которая является параметром настройки системы. Величина устанавливается источником 10 смещения, выходное напряжение которого определяется из соотношения UcM- 2rvi:/E в случае колебательности переходного процесса натяжения напряжение на выходе второго блока 11 -умножения меньше напряжения источника 10 смещения, то есть VBVy nVFБлок 12 сравнения и коммутирующий блок 13 срабатывают таким образом, что замыкается первый ключевой элемент 6, Второй ключевой элемент Т при этом разомкнут. На входе сумматора 7 складываются выходные напряжения интегрального регулятора 3 и блока 3 умножения пропорционального канала, причем постоянная времени интегрального регулятора 3 равна Т, , а коэффи-. циент усиления пропорционального канала равен Кр.-у- . Выходное напряжение сумматора 7 поступает на первый вход первого блока 8 умножения, .умножается на величинуфУв и подается в схему электропривода 9 моталки. Передаточная функция регулятора натяжения в этом случае имеет вид пропорционально-интегрального звена pH((sVF-T H. Данная структура регулятора натяжения позволяет стабилизировать декремент затухания переходного процесca, величина которого не будет прев шать. ЧастоУа среза асимптотическ логарифмической амплитудной характеристики, определяющая быстродейст вие системы регулированя натяжения, определяется по соотношению. в процессе прокатки полосы параметры объекта регулирования могут меняться таким образом, что декремент затухания колебаний становит ся равным или большим единицы, то есть переходный процесс натяжения б дет иметь апериодический характер. В этом случае напряжение на выходе второго блока 11 умножения равно или больше напряжения источника 10 смещения, тс есть v3.V-f--2 v;f. Блок 12 сравнения и коммутирующи блок 13 переключаются таким образом что замыкается второй ключевой элемент 1 и размыкается первый ключевой элемент 6. На вход пропорционального регулятора 4 подключается выход блока 15 с регулируемой постоянной времени, который представляет собой апериодическое звено, вы полненное на операционном усилителе 22, причем постоянная времени звена ТА выбирается равной большей постоянной времени объекта регулирова ния и пропорциональна произведению 1 Ц) Vg. Операция умножения производится при помощи третьего и четвертого блоков 17 и 18 умножения Таким образом, пропорциональный канал регулятора натяжения, включающий в себя пропорциональный регулятор t, блок 5 умножения пропорционального канала и первый блок 8 умножения, охватывается отрицательНОЙ обратной связью черезапериодич кое звено с постоянной времени Тр TIP . Если коэффициент усиления пропорционального канала много боль единицы, то есть п--Кр-/| Ч- в то передаточная функция регулятора натяжения имеет вид реального дифференцирующего звен Тфр. TJ. рнср) -15 % i8 Данная структура регулятора натяжеНия позволяет компенсировать большую постоянную времени объекта регулирования , а точка излома асимптотической логарифмической амплитудной характеристики будет определяться как среднее геометрическое постоянных времени объекта регулирования, то есть Кп ИР-ЬР Кр Q . Описанное устройство для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана позволяет уменьшить обрывность полосы за счет повышения устойчивости переходных процессов натяжения при прокатке толстых полос на малых скоростях. Устройство позволяет также увеличить выпуск продукции повышенной и высокой точности за счет увеличения быстродействия системы регулирования натяжения при прокатке тонких полос на высоких скоростях и использования данного устройства для регулирования толщины полосы путем изменения натяжения. Формула изобретения 1. Устройство для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана, содержащее электропривод моталки, задатчик натяжения, измеритель натяжения и регулятор натяжения, состоящий из параллельно соединенных интегрального и пропорционального каналов, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора, причем пропорциональный канал состоит из последовательно соединенных пропорционального регулятора и блока умножения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышени} быстродействия системы регулирования натяжения, устройство дополнительно содержит вычислительный блок, связанный с электроприводом моталки, блок с регулируемой постоянной времени, блок сравнения, источник смещения , два блока умножения, коммутирующий блок и два ключевых элемента, причем второй вход блока умножения пропорционального канала подсоединен к первому выходу вычислительного блока, между выходом интегрального канала и первым входом сумматора включен первый ключевой элемент, выход сумматора подсоединен к первому входу первого блока умножения. второй вход которого подсоединен к ; второму выходу вычислительного блока , выход первого блока умножения, связанный с электроприводом моталки, подсоединен также к первому входу блока с регулируемой постоянной време ни, второй и третий входы которого подсоединены к второму и третьему выходам вычислительного блока, выход блока с регулируемой постоянной времени подсоединен с вторым входом про порционального регулятора через второй ключевой элемент, вход управления которого так же, как и вход управления первого ключевого элемента, подсоединен к выходу коммутирующего блока,вход которого подсоединен к вы ходу блока сравнения, первый вход которого соединен с источником смещения, а второй вход - с выходом вто рого блока умножения, входы которого подсоединены к первому и второму выходам вычислительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве блока с регулируемой постоянной Времени используется операционный усилитель, во входную цепь которого включен резистор, а в цепь обратной связи включены параллельно соединенные резистор и конденсатор, причем последовательно с конденсатором включен третий блок умножения, второй вход которого подключён к выходу четвертого блока умножения, при этом входная цепь операционного усилителя является первым входом блока с регулируемой постоянной времени, а пер вый и второй вхо1йы четвертого блока умножения являются соответственно вторым и третьим входами блока с регулируемой постоянной времени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 310858, кл. В 65 Н 25/22, Н 02 Р , 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 535699, кл. В 65 Н 25/22, Н 02 Р 5/06, 1375. 3.Авторское свидетельство СССР W i+63491, кл. В 21 С 47/00, 1973..

X

ч

/

и

сч

/ -1/

-F

4л

X

/

j -и

1/Ч

/

«SJ

к.

4

v

5

/

/ /

X

«

i I Ч I

ВходЗ о-

о-

гг

/

JSI

X

Вь/ход -Ч)

уг.