CN100381348C - 线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于线、带材传送控制领域，是一种线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法，该方法是对线、带材在活套中的入口速度v₁(t)和出口速度v₂(t)进行时间采样；然后通过控制线、带材在活套中的入口速度v₁(t)与出口速度v₂(t)的差值来控制线、带材在活套中的下垂高度，其控制模型为：Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt，式中，K是修正因子，Δt是对线、带材在活套出、入口速度进行采样的周期。该方法控制连续、简单、可靠、精度高、防干扰，且不会对传动系统造成冲击。

Description

线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法

所属技术领域

本发明属于线、带材传送控制领域，具体地说是涉及线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法

背景技术

在冶金、纺织、印刷、造纸等行业中，对线、带材的传送要求同步行进，由于传动环节多，以及张力等因素的影响，在实际的生产线中大多设置了活套，经常采用的是地坑式中间活套，用以避免断料现象或堆料现象，使得线、带材在行进中具有一定的下垂堆料存储空间。当材料在活套中下垂高度过大时，后续的传动辊加速，使线、带材在活套中的存储量减少，下垂高度减小；反之，当线、带材在活套中下垂高度过小时，则后续传动辊减速，使线、带材在活套中的存储量增加，下垂高度增大。

目前，对线、带材在活套中下垂高度的控制是采用位置分段的控制方法，主要有以下二种方式：第一种方式是采用多路光电开关来检测并控制线、带材在活套中的下垂位置。该方法仅采用了开关逻辑信号，而不能连续检测线、带材在活套中的下垂位置，只能在垂度变化过大或下垂度变化到某检测警戒位置的时候才进行调整，造成调整不连续，调整量冲击过大，对传动系统的冲击也大，从而影响了产品质量。第二种方式是采用活套扫描仪来检测并控制线、带材在活套中的下垂量，它虽然可连续检测，但是并不能避免工业现场环境恶劣所带来的影响。如各种干扰信号对活套位置信号的干扰作用，导致控制器得到的活套位置必然存在着干扰误差。又譬如，活套扫描仪本身有时会由于检测传感器周围的灰尘油污等影响造成输出错误信号，而下垂量本身位置却没有改变，使得输入板卡误认为有了变化；另外，活套扫描仪信号线从活套装置到控制柜经过较长距离，在此传输过程中，容易串入其他干扰信号，造成了输入板卡错误计数，错误记录了活套位置。活套扫描仪采用的是光电敏感器件，其价格昂贵，故障率高，给使用者带来种种不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种控制连续、简单、可靠、精度高、防干扰，且不会对传动系统造成冲击的线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法。

解决上述问题的技术方案是：所提供的线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法是对线、带材在活套中的入口速度v₁(t)和出口速度v₂(t)进行时间采样；然后通过控制线、带材在活套中的入口速度v₁(t)与出口速度v₂(t)的差值来控制线、带材在活套中的下垂高度。

本发明进一步的解决方案是：

1)根据要求设定线、带材在活套中下垂高度h的给定目标值h₀及其下垂高度变化量Δh的给定最大控制范围H₀；

2)将控制模型Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt输入计算机；

式中，v₁(t)是某采样周期线、带材在活套入口处的速度，v₂(t)是前述同一采样周期线、带材在活套出口处的速度，Δt是对线、带材在活套出、入口速度进行采样的周期，K是修正因子，其取值范围是

其中L是线、带材在活套出、入口支撑点的水平长度，π是圆周率；

3)对线、带材在活套中的入口速度v₁(t)和出口速度v₂(t)进行时间采样；

4)根据前述2)中的控制模型，动态调节前述的线、带材在活套中的出口速度v₁(t)或者调节前述的线、带材在活套中的入口速度v₂(t)，使Δh≤H₀。

从以上可以看出，根据上述所建立的模型，只需调节线、带材在活套中的出口或入口速度，即可动态连续的控制线、带材在活套中的下垂高度偏差，不会对传动系统产生冲击。

与现有技术相比，本发明由于是检测和控制线、带材的线速度，所以不受环境因素的影响，控制精度高，而且实施简单，实施费用较低。另外，本发明可以对所设计的系统进行离线仿真，这样不仅可以检验所设计系统的正确性，也可以给系统的实现提供理论指导，减少调试的工作量和盲目性，并且利用算法的可重复性，可以用不同的参数进行仿真，以便对系统进行优化。

附图说明

图1是本发明一个实施例的带材传送系统简图。

图2是图1所示实施例的控制框图。

具体实施方式

图1给出了铜带材纵剪机组的带材传送系统，主要有带材速度测量辊1、带材速度测量辊2、开卷机5、卷取机4和活套6。带材3在活套6出、入口支撑点的水平长度为L，带材在活套6中的下垂高度为h。

由于带材3有足够的刚度，它在活套6中的形状可以近似认为是正弦波曲线，而带材在活套中的长度s就相当于正弦波曲线的弧长。在图中所示的坐标系中有 $y=h*\sin \frac{\mathrm{\π}}{L}x$

$d^{2}s=d^{2}x+d^{2}y=d^{2}x+{\left(h\frac{\mathrm{\π}}{L}\cos \frac{\mathrm{\π}}{L}\mathrm{xdx}\right)}^2$

由此可得带材长度S与其在活套中下垂高度h的数学模型：

$s=L+\frac{{\mathrm{\π}}^2{h}^2}{4L}$

当活套系统正常工作时，带材在活套中的下垂高度h应在设定目标值h₀的一个较小范围内变化，即： $s\left(h_0\right)=L+\frac{{\mathrm{\π}}^2{h_0}^2}{4L},$ 根据泰勒定理展开，忽略高次项，得：

$\mathrm{\Δs}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{h}_0}{2L}\mathrm{\Δh}---\left(1\right)$

式中Δs、Δh分别为带材长度S与带材在活套中下垂高度h的变化量。

Δs取决于带材在活套入口处的速度v₁(t)和出口处的速度v₂(t)差的积分，

即 $\mathrm{\Δs}=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}[v_1\left(t\right)-v_2\left(t\right)]\mathrm{dt}---\left(2\right)$

实际运用中是根据系统精度要求来设定带材速度的采样周期Δt(即相邻两次采样的时间间隔)，可近似认为带材在活套出、入口的速度在采样周期内稳定，由上述的公式(1)和(2)可得带材在活套中下垂高度的控制模型：

$\mathrm{\Δh}=\frac{2L}{{\mathrm{\π}}^2{h}_0}[v_1\left(t\right)-v_2\left(t\right)]\mathrm{\Δt}$

考虑到实际情况，带材下垂高度的控制模型可为：

Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt，式中K是修正因子，其取值范围是

一般情况下，K的取值范围可为：0＜K≤1。

在生产中，要求带材下垂高度的变化量Δh不超过给定的最大控制范围H₀，即H₀≥Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt，只要按此模型实时调节带材在活套入口处的速度v₁(t)或出口处的速度v₂(t)即可实现带材在活套中下垂高度的控制，通常以调节带材在活套出口处的速度v₂(t)为好。

在活套的实际设计中往往是 $\frac{2L}{{\mathrm{\π}}^2{h}_0}\≤1,$ 考虑到工程计算和控制的方便，取K＝1，即控制模型为：H₀≥Δh＝[v₁(t)-v₂(t)]Δt，本实例采用的就是该控制模型。在此情况下，根据公式(1)，Δs≥Δh，而Δs＝[v₁(t)-v₂(t)]Δt，所以也可以说，此时的控制实际上是直接控制Δs，使Δs≤H₀。

本实例中带材速度测量辊1、2均通过光电编码器来检测带材的速度，带材在活套出、入口支撑点的水平长度L＝4m，在活套中的设定下垂高度h。＝5m，下垂高度最大控制范围H₀＝200mm。

如图2所示：由测量辊1、2测得的带材在活套入口和出口速度的脉冲数N1、N2输入加法器11求差，再与采样周期Δt相乘后输入比较器12，与设定的下垂高度最大控制范围H₀相比较，然后将比较结果输入卷取机4的调速控制系统，调节带材在活套出口处的速度，从而实现对带材在活套中下垂高度的控制。试验表明，本实例中的机组运行平稳、可靠，而且实施简单、成本低、控制精度较高。

Claims (3)

1.线、带材传送中线、带材在活套中下垂高度的控制方法，其特征是对线、带材在活套中的入口速度v₁(t)和出口速度v₂(t)进行时间采样；然后通过控制线、带材在活套中的入口速度v₁(t)与出口速度v₂(t)的差值来控制线、带材在活套中的下垂高度，具体步骤如下：

1)根据要求设定线、带材在活套中下垂高度h的给定目标值h₀及其下垂高度变化量Δh的给定最大控制范围H₀；

2)将控制模型Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt输入计算机；

式中，v₁(t)是某采样周期线、带材在活套入口处的速度，v₂(t)是前述同一采样周期线、带材在活套出口处的速度，Δt是对线、带材在活套出、入口速度进行采样的周期，K是修正因子，其取值范围是

其中L是线、带材在活套出、入口支撑点的水平长度，π是圆周率；

3)对线、带材在活套中的入口速度v₁(t)和出口速度v₂(t)进行时间采样；

4)根据前述2)中的控制模型，动态调节前述的线、带材在活套中的出口速度v₁(t)或者调节前述的线、带材在活套中的入口速度v₂(t)，使Δh≤H₀。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是在所说的控制模型Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt中，0＜K≤1。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是在所说的控制模型Δh＝K[v₁(t)-v₂(t)]Δt中，K＝1。