Устройство для фильтрации высокочастотных отклонений натяжения полосы на прокатном стане Советский патент 1982 года по МПК B21B37/48 

Изобретение относится к автоматиза ции производственных процессов, а именно автоматическому регулированию натяжения полосы на станах холодной прокатки. В замкнутых системах регулирования натяжения полосы стоит задача получения максимально возможного быстродействия. При этом фактором, ограничивающим получение максимального быстродействия на станах холодной прокатки, является наличие высокочастотных возмущающих сигналов, которые, по падая в полосу пропускания частот кон тура регулирования, усиливаются систе мой до нежелательных значений, в результате чего увеличиваются отклонения натяжения полосы, а также повышается износ механизмов клетей, на которые воздействуют регуляторы натяжения.- Для уменьшения воздействия высокочастотных возмущающих сигналов на систему регулирования в контур регулирования включают линейный фильтр который одновременно с подавлением высокочастотных сигналов приводит к уменьшению запаса по фазе в контуре регулирования. Для восстановления необходимого запаса по фазе (запаса устойчивости) приходится уменьшать общий коэффициент усиления по контуру, а следовательно уменьшать и быстродействие. Наиболее близким к предложенному является псевдолинейный фильтр, у которого так же, как у линейных, амплитудно-фазовые характеристики не зависят от амплитуды входного сигнала, однако в отличие от линейных у этого фильтра нет жесткой взаимосвязи между амплитудной и фазовой характеристиками. В этом фильтре возможно получить подавление усилия с ростом частоты при значительно меньшем сдвиге по фазе, чем в линейных фильтрах. Псевдолинейный фильтр с амплитудным подавлением включает последовательно соединенные блок сигнатуры, линейный фильтр, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, а выход является выходом фильтра р . Недостатком известного псевдолинейного фильтра является то, что на частотах, близких к частоте, определяющей полосу пропускания, все же наблюдается отставание по фазе до 20. Это отрицательно сказывается на устойчивости контура регулирования при введении в.него фильтра данного типа. Кроме того, недостатком является искажение по форме сигнала при прохож дении его через данный псевдолинейный фильтр 1 внесение высших гармоник в вы ходной сигнал фильтра). Это происходит из-за периодического спадания до нуля выходного сигнала блока выделени модуля с частотой в 2 раза большей, чем частота входного сигнала фильтра и изменяющегося по закону отличному от закона изменения вх.одного сигнала При перемножении входного сигнала фильтра и сигнала с выхода блока выделения модуля на выходе фильтра получается сигнал, форма которого существенно отличается от формы входного сигнала. Цель изобретения - полное устранение фазового сдвига и исключение внесения высших гармоник в выходной сигнал. Поставленная цель достигается тем что в известный псевдолинейный фильт содержащий последовательно соединенные блок сигнатуры, линейный фильтр, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, дополнительно введены форми рователь импульсов, ключ, блок памяти (аналоговое запоминающее устройст во) и селектор большего сигнала, при чем вход формирователя импульсов под соединен к выходу блока сигнатуры, выход формирователя - к управляющему входу ключа, ключ подсоединен между, выходом блока выделения модуля и вхо дом аналогового запоминающего устройства, а выходы запоминающего устройства и блока выделения модуля через селектор большего сигнала подсое динены к первому входу умножителя. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на , иг. 2 - форма сигналов в характерых точках структурной схемы для азличных по частоте синусоидальных ходных сигналов. Структурная схема включает послеовательно соединенные блок сигнатуы 1, линейный фильтр 2, блок выдеения модуля 3, выход которого через люч k подключается к аналоговому апоминающему устройству 5, а выходы апо/жнающего устройства и блока выеления модуля через селектор большего сигнала 6 подключены к первому входу умножителя 7, второй вход умноителя подключен к входу блока сигнатуры и является входом устройства фильтрации, а выход умножителя есть выходом этого устройства, к выходу блока 1 подключен вход формирователя импульсов 8, выход которого подключен к управляющему входу ключа. На выходе блока сигнатуры напряжение (и) изменяется скачком от + U. до -и. „ в зависимости от поWtO г И О г лярности напряжения на входе U . Форма напряжения IT зависит только от частоты входного сигнала и не зависит от амплитуды. На выходе линейного фильтра (для определенности принято апериодическое звено 1-го по рядка) напряжение изменяется по экспоненте в соответствии с его постоянной времени. Максимальная величина, до которой успевает нарасти напряжение Uj, определяется только частотой входного сигнала и постоянной времени фильтра. и - напряжение на выходе блока выделения модуля. Формирователь импульсов вырабатывает управляющие сигналы (и), по которым происходит кратковременное замыкание бесконтактного ключа 4. в момент смены полярности на выходе блока сигнатуры, при этом в аналоговом запоминающем устройстве (АЗУ) происходит запоминание максимального мгновенного напряжения на выходе блока выделения модуля в конце полупериода (U). Напряжение на выходе АЗУ сохраняется постоянным в течение одного полупериода входного сигнала до момента следующей по времени смены полярности на выходе блока сигнатуры. На выходе селектора большего сигнала напряжение (U.) равно наибольшему из двух напряжений U или U. Напряжение на выходе устройства формируется как произведение входного сигнала и си нала и, в период времени от О до t на вход устройства поступает синусоидальное напряжение с частотой, находящейся, в полосе пропускания линейного фильтра 2, поэтому напряжение и успевает нарасти почти до максимума, напряжение U :также максимально и в отличие от прототипа остается постоянным. На выход устро ства входной сигнал с такой частото проходит без амплитудного подавлени и искажения формы. От момента t до t входной сигнал имеет частоту в 2 раза выше. Эта частота находится за полосой пропускания линейного фильтра. Напряжение на его выходе за полпериода входного сигнала успевает нарасти до меньшей, чем максимальная, величинь. поэтому, начиная со второго полупериода времени данного синусоидального сигнала, напряжение на выходе АЗУ (U) скач ком уменьшается. При этом уменьшает ся по амплитуде выходной сигнал фильтра (Ugf,,). В период времени от t до t частота входного сигнала уменьшается, напряжение на U увеличивается, амплитудное подавление входного сигнала прекращается. Как следует из диаграммы, сигнал на выходе устройства изменяется только по амплитуде в зависимости от его частоты, но не меняется его форма (высшие гармоники отсутствуют), а также полностью отсутствует фазовый сдвиг. Опытный образец предлагаемого устройства практически выполняют на базе интегральных операционных усилителей (6 шт.), полевом транзисторе и стандартном блоке перемножения. Результаты испытаний подтверждают, что исключен сдвиг фазы и внесение высших гармоник, вместе с тем выполняется ампли тудное подавление высокочастотных колебаний в системе регулирования. Это дает возможность дополнительно повысить коэффициент усиления регулятора натяжения в 5 раз, благодаря чему повышается быстродействие регулятора натяжения и уменьшается количество обрывов полосы. Эффективность от использования предлагаемого устройства в системах регулирования натяжения полосы заключается в возможности более точного поддержания заданного натяжения, что снижает количество обрывов полосы и улучшает ее профиль. Экономическая эффективность от внедрения на один непрерывный стан холодной прокатки составляет 100 тыс. руб. Формула изобретения Устройство для фильтрации высокочастотных отклонений натяжения полосы на прокатном стане, содержащее последовательно соединенные блок сигнатуры, линейный фильтр, блок выделения модуля и умножитель, второй вход которого соединен с входом блока сигнатуры и является входом фильтра, а выход является выходом фильтра, отличающееся тем, что, с целью полного устранения фазового сдвига и исключения внесения высших гармоник в выходной сигнал, в него дополнительно введены формирователь импульсов, ключ, блок памяти и селектор, причем вход формирователя импульсов подсоединен к выходу блока сигнатуры, выход формирователя - к управляющему входу ключа, ключ подсоединен между выходом блока выделения модуля и входом блока памяти, а выходы блока памяти и блока выделения модуля через селектор большего сигнала подсоединены к первому входу умножителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления. Под ред. Попова Е, П. М., Машиностроение, 1971, с, 197206, рис. Y. 5.

О)