CN104174666B - 用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法及装置，通过采集多塔式立式活套各个子活套的实时套量位置，计算用于调平套量的包括带速度斜坡的辅助辊补偿速度，该补偿速度可平稳地调节各个活套套量并与各个子活套的卷扬驱动电机的速度设定及转矩限幅设定相互独立，后者只用于建立子活套张力并使其保持恒定，所以本发明实现了位置平衡的平滑调节，以及与张力控制的完全解耦。

Description

用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法及装置

技术领域

本发明属于一种冶金自动化领域，更具体地来说，特别是涉及冷轧处理技术过程中对于活套的控制方法以及控制装置。

背景技术

在现代化的工业生产中，不断出现一些较复杂的设备或装置，这些设备或装置的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必须设置多个控制回路对该种设备进行控制。由于控制回路的增加，往往会在它们之间造成相互影响的耦合作用，也即系统中每一个控制回路的输入信号对所有回路的输出都会有影响，而每一个回路的输出又会受到所有输入的作用。要想一个输入只去控制一个输出几乎不可能，这就构成了“耦合”系统。由于耦合关系，往往使系统难于控制、性能下降。

在冶金领域，就存在复杂的控制系统，活套控制就是其中之一。在冷轧技术中，活套从结构形式上来分，有卧式活套和立式活套之分。其中，活套由活套小车、钢绳卷筒及传动装置组成，并通过滑轮和钢绳卷筒，由电机驱动。在高速连续处理机组，如高速连续退火机组中，对活套的带钢储备容量要求较大。但若采用单台活套小车，其体积较大的机械设备会增加制造难度和控制难度，因此往往采用由多个活套小车构成的多塔式立式活套结构。

在现有技术中，对活套的控制无非涉及活套的位置及张力的控制，然而传统的活套位置平衡控制技术是通过控制活套卷扬电机的速度或转矩调节实现，而且其调节器多采用比例积分调节器，这样在活套调平的过程中，活套内带钢张力受到了影响，也即存在耦合作用。尤其是在调节开始阶段冲击较大，以上所述技术方案或方法都会降低活套张力控制性能。因此，如何实现对多塔式立式活套内带钢张力和活套间的位置同步的解耦控制以及如何实现在活套位置平滑调节的过程中时刻保持活套内带钢张力的稳定就成了本领域的技术难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点和不足，本发明提供一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦控制技术和控制装置，用以实现对多塔式活套的各个子活套位置的带速度斜坡的同步控制和实现与活套内的带钢恒张力控制的解耦，进而来解决现有技术中如何实现对多塔式立式活套内带钢张力和活套间的位置同步的解耦控制以及如何实现在活套位置平滑调节的过程中时刻保持活套内带钢张力稳定的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，应用于包括多个子活套的多塔式立式活套中，其中，每个子活套内包括多个辅助转向辊和用于实现每个子活套内带钢恒张力控制的卷扬机，所述方法包括以下步骤：侦测整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度；响应于该整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度，并依据整个活套的带钢层数及各子活套的当前参数及其的卷扬机的参数，计算得到该各子活套卷扬机的电机设定速度和电机工作转矩，以实现对每个子活套内带钢的恒张力控制；侦测各子活套的实时位置，并取该各子活套的实时位置的平均值作为该整个活套的位置调节目标值；响应于该各子活套的实时位置和该位置调节目标值，并依据预设的调平速度斜坡的斜率值和各子活套对应辅助转向辊的位置编号，计算得到子活套内各个辅助转向辊的带速度斜坡的调平补偿速度值；响应于该带速度斜坡的调平补偿速度值，子活套内的各辅助辊的设定速度受控于不考虑位置调平时的各辅辊处的带钢速度值与该带速度斜坡的调平补偿速度值之和。

具体地，在以上所述用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法中，该卷扬机的电机设定速度为:

$n_{cset}=\frac{v_{cset}{n}_{cb}i}{{\mathrm{\πD}}_c},$

式中，获取卷扬机的参数包括卷扬转鼓的圆周长πD_c、卷扬减速机减速比i、及卷扬缆绳数量n_cb和卷扬设定线速度v_cset。

进一步地，在以上技术方案中，该卷扬设定线速度为：

v_cset＝v_cth+v_cof，

预设卷扬机的偏置速度v_cof，并依据该整个活套的带钢层数及入口带钢速度和出口带钢速度计算得到卷扬机的理论线速度，计算公式为：

$v_{cth}=\frac{v_{en}-v_{ex}}{n_s},$

其中，该v_en为整个活套入口侧带钢速度，v_ex为整个活套出口侧带钢速度，n_s为整个活套的带钢层数。

具体地，在以上所述用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法中，该卷扬机的电机工作转矩为：

$M_{c\lim p}=\frac{T_{set}{n}_{si}{D}_c}{1000\×n_{cb}i\mathrm{\η}},$

式中，获取子活套的当前参数为活套带钢张力设定值T_set和该卷扬机对应子活套的带钢层数n_si，并获取该子活套对应卷扬机的参数为卷扬电机效率η、卷扬减速机减速比i、及卷扬缆绳数量n_cb和卷扬转鼓直径D_c。

具体地，在以上所述用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法中，该带速度斜坡的调平补偿速度值为：

1)子活套出口侧：

2)子活套入口侧：

取该V_i的合理值，其中，a_s为预设定的带钢流速斜率，t为预设定的调平时间，p_iact为第i个子活套的实时位置，p_ref为活套的位置调节目标值。其中，该合理值应具体为V_i的两个取值之一，相应地，被舍弃的那一个值应该为与现场工况明显不符的数值。

进一步地，在以上所述技术方案中，该活套的位置调节目标值为：

$p_{ref}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{p}_{iact}}{n},$

式中，p_iact为第i个子活套实际位置，n为子活套个数。

另外，本发明还提供了一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦装置，应用于包括多个子活套的多塔式立式活套控制系统中，其中，每个子活套内包括多个辅助转向辊和用于实现每个子活套内带钢恒张力控制的卷扬机，所述解耦装置包括：套量位置传感器，设置于每个子活套卷扬机输出轴上，用以侦测各子活套的实时位置；平均套量位置计算器，连接于所述每个子活套对应的套量位置传感器，获取该各子活套的实时位置并计算得到该各子活套的实时位置的平均值以作为该整个活套的位置调节目标值；连接位置带钢流速计算器，连接于所述平均套量位置计算器，用以接收该调节目标值和各个子活套当前实际位置值，并利用侦测到的整个活套入、出口带钢运行速度和活套层数，依据预设的调平速度斜坡的斜率值计算每个子活套连接位置处的最终带钢流速；辅助辊补偿速度控制器，连接于所述连接位置带钢流速计算器，用以接收该最终带钢流速，并依据各子活套对应辅助转向辊的位置编号，计算得到子活套内各个辅助转向辊的带速度斜坡的调平补偿速度值；子活套张力控制器，用以响应于该整个活套的带钢层数及出口带钢速度和入口带钢速度，并依据各子活套的当前参数及其卷扬机的参数，计算得到该卷扬机的电机设定速度和电机工作转矩，以实现对每个子活套内带钢的恒张力控制；辅助辊和子活套卷扬传动控制器，连接于所述子活套张力控制器和辅助辊补偿速度控制器，用以响应于该电机设定速度、电机工作转矩、及带速度斜坡的调平补偿速度值，并采用矢量控制技术或直接转矩控制技术计算得到用于实时控制交流调速电机的三相电压值并予以输出，以完成对各子活套位置的带速度斜坡的调平和对各子活套内带钢张力的恒张力控制。

具体地，在以上所述用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦装置中，所述套量位置传感器为绝对值编码器。

如上所述，本发明通过控制多塔式立式活套的每个子活套卷扬电机，实现每个子活套内带钢张力的恒张力控制，卷扬电机的设定速度等于通过整个活套的入、出口带钢速度，以及整个活套的带钢层数等计算得到的理论速度和固定偏置速度之和，偏置速度保证设定值始终大于实际值；同时，其正向转矩限幅等于由活套带钢设定张力、活套层数、卷扬直径、卷扬减速机减速比等计算得到的电机工作转矩。通过以上这两个措施，实现对每个子活套内带钢的恒张力控制，同时与子活套的位置同步解耦。与此同时，本发明还根据各个子活套的实时位置计算多塔活套的平均位置，此平均位置即为各个子活套的位置调节目标，通过此目标值、当前实际位置值、预设定的调平速度斜坡的斜率值、对应辅助转向辊的位置编号计算得到子活套内各个辅助转向辊的带速度斜坡的调平补偿速度值；而子活套内的各个辅助转向辊采用速度控制模式，其速度设定值等于不考虑调平时的各辅辊处的带钢速度值与计算得到的带速度斜坡的调平补偿速度值之和，通过此措施，实现与子活套内带钢张力控制的解耦。

简单地来说，本发明是通过调节活套卷扬电机转矩实现子活套内带钢的恒张力控制；通过调节活套内辅助转向辊补偿速度实现各个子活套的位置平衡，其中，辅助转向辊的补偿速度包含速度斜坡，且与张力控制解耦。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的多塔式立式活套位置平衡与张力解耦斜坡控制技术流程图。

图2显示为本发明一实施例中的多塔式立式活套位置平衡与张力解耦斜坡控制装置结构图示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

需要进一步说明的是，在立式活套中至少包括有单塔立式活套、双塔立式活套、及三塔立式活套，其中，双塔立式活套和三塔立式活套统称为多塔式立式活套，由于单塔立式活套不存在活套的位置平衡，故本发明主要是针对双塔立式活套及三塔立式活套中活套的位置平衡和张力控制的解耦，下面将“多塔式立式活套”简称为“立式活套”，以方便论述。

另外，本发明目的是找到一种控制技术，实现对立式活套的各个子活套位置的带速度斜坡的同步控制，并实现与活套内的带钢恒张力控制的解耦。需要理解地是，此技术实现的前提是：在立式活套的每个子活套内的定滑轮侧配置多套带调速电机驱动的活套辅助转向辊。而且，在下文中，凡是涉及本领域内所公知的以及技术人员所常用的一些技术手段将不予详细说明，实施例的目的在于重点阐述和说明本发明的技术要点。

下面将以实施例的方式来进一步阐述本发明，示例中将分别以双塔立式活套和三塔立式活套为例来进行说明，应当理解，本领域的技术人员在以下实施例的基础上完全足以理解和清楚本发明的技术方案，并且可以在不付出创造性劳动的情况下实施与本发明类似或等同的且也包括在本发明保护范围内的技术方案。

参考图1所示，本发明揭示了用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，包括如下的步骤：

10.采用安装于每个子活套卷扬机输出轴上的绝对值编码器实时检测每个子活套的套量位置；

11.通过控制立式活套的每个子活套卷扬电机，实现每个子活套内带钢张力的恒张力控制。卷扬电机的设定速度等于通过整个活套的入、出口带钢速度，以及整个活套的带钢层数等计算得到的理论速度和固定偏置速度之和，偏置速度保证设定值始终大于实际值。同时，其正向转矩限幅等于由活套带钢设定张力、活套层数、卷扬直径、卷扬减速机减速比等计算得到的电机工作转矩。在一个实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

计算卷扬电机设定转速为(单位：r/min)：

$v_{cth}=\frac{v_{en}-v_{ex}}{n_s}$

v_cset＝v_cth+v_cof

$n_{cset}=\frac{v_{cset}{n}_{cb}i}{{\mathrm{\πD}}_c}$

其中，

v_en为整个活套入口侧带钢速度，单位为m/min；

v_ex为整个活套出口侧带钢速度，单位为m/min；

n_s为整个活套的带钢层数；

v_cth为活套车理论速度，单位为m/min；

v_cof为预设定的偏置速度，单位为m/min；

v_cset为活套车设定速度，单位为m/min；

n_cb为卷扬缆绳数量；

i为卷扬减速机减速比；

D_c为卷扬转鼓直径，单位为m。

计算卷扬电机输出转矩限幅值为(单位为N·m)：

$M_{c\lim p}=\frac{T_{set}{n}_{si}{D}_c}{1000\×n_{cb}i\mathrm{\η}}$

其中，

T_set为活套带钢张力设定值，单位为kN；

n_si为对应子活套的带钢层数；

η为卷扬电机效率。

12.通过套量传感器读取各个子活套的实时位置并计算立式活套的平均位置，将此平均位置作为各个子活套的位置调节目标。在一个实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

计算的平均套量为(单位：m)：

$p_{ref}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{p}_{iact}}{n}$

其中，

p_iact为第i个子活套实际位置，单位为m；

n为子活套个数。

13.通过调节目标值、各个子活套当前实际位置值、预设定的调平速度斜坡的斜率值计算每个子活套连接位置处用于调平的带钢流速，进而根据整个活套入、出口带钢运行速度和活套层数等计算每个子活套连接位置处的最终带钢流速。

1)用于调平的带钢流速计算

在一个双塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下(取其合理值)：

V_{2en_pos}＝V_{1ex_pos}

其中，

a_s为预设定的带钢流速斜率，单位为m/s²；

t为预设定的调平时间，单位为s。

V_{1ex_pos}为一号子活套出口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{2en_pos}为二号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下(取其合理值)：

V_{2en_pos}＝V_{1ex_pos}

V_{2ex_pos}＝V_{3en_pos}

其中，

a_s为预设定的带钢流速斜率，单位为m/s²；

t为预设定的调平时间，单位为s。

V_{1ex_pos}为一号子活套出口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{3en_pos}为三号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{2en_pos}和V_{2ex_pos}为二号子活套入口侧和出口侧带钢调平流速，单位为m/s。

2)最终的带钢流速计算

在一个双塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

$V_{1ex}=V_{1ex\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

V_2en＝V_1ex

其中，

n_1R为第1个子活套内的转向辊个数。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

$V_{1ex}=V_{1ex\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

$V_{3en}=V_{3en\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+n_{2R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

V_2en＝V_1ex

V_2ex＝V_3en

其中，

n_1R为第1个子活套内的转向辊个数；

n_2R为第2个子活套内的转向辊个数；

V_1ex、V_2en、V_2ex、V_3en分别为一号子活套出口、二号子活套入口、二号子活套出口和三号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s。

14.根据每个子活套入、出口带钢流速和辅助转向辊的位置编号，计算对应辅助转向辊的辊面速度。

在一个双塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

$V_{AR1\_i}=v_{en}-\[\frac{i}{n_{S1}}(v_{en}-V_{1ex})\]$

$V_{AR2\_i}=V_{1ex}-\[\frac{i}{n_{S2}}(V_{1ex}-v_{ex})\]$

其中，

n_S1为第1个子活套内的带钢层数；

n_S2为第2个子活套内的带钢层数；

V_{AR1_i}为一号子活套内第i号辅助转向辊的辊面速度，单位为m/s；

V_{AR2_i}为二号子活套内第i号辅助转向辊的辊面速度，单位为m/s。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

$V_{AR1\_i}=v_{en}-\[\frac{i}{n_{S1}}(v_{en}-V_{1ex})\]$

$V_{AR3\_i}=V_{2ex}-\[\frac{i}{n_{S3}}(V_{2ex}-v_{ex})\]$

$V_{AR2\_i}=V_{2en}-\[\frac{i}{n_{S2}}(V_{2en}-v_{2ex})\]$

其中，

n_S1为第1个子活套内的带钢层数；

n_S3为第3个子活套内的带钢层数；

n_S2为第2个子活套内的带钢层数。

根据辅助转向辊的辊面速度计算对应的电机转速设定值。在一个实施例中，该步骤的具体计算方法如下：

$n_{AR1\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR1\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

$n_{AR2\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR2\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

$n_{AR3\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR3\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

其中，

i_AR为辅助辊减速机的减速比；

D_AR为辅助辊辊径，单位为m。

参考图2所示，本发明还揭示了一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦装置，包括套量位置传感器20、平均套量计算器21、连接位置带钢流速计算器22、辅助辊补偿速度控制器23、子活套张力控制器24以及辅助辊和子活套卷扬传动控制器25。

套量位置传感器20通过安装于每个子活套卷扬机输出轴上的绝对值编码器实时检测每个子活套的套量位置。

平均套量计算器21连接到套量位置传感器20，接收各个子活套的实时位置，计算并输出多塔活套的平均位置，将此平均位置作为各个子活套的位置调节目标。

该控制器计算的平均套量为(单位：m)：

$p_{ref}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{p}_{iact}}{n}$

其中，

p_iact为第i个子活套实际位置，单位为m；

n为子活套个数。

连接位置带钢流速计算器22连接套量位置传感器20和平均套量计算器21，接收调节目标值和各个子活套当前实际位置值，并利用预设定的调平速度斜坡的斜率值计算每个子活套连接位置处用于调平的带钢流速，进而根据整个活套入、出口带钢运行速度和活套层数等计算每个子活套连接位置处的最终带钢流速。

1)用于调平的带钢流速计算

在一个双塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下(取其合理值)：

V_{2en_pos}＝V_{1ex_pos}

应当理解，以上所述合理值应具体为V_{1ex_pos}的两个取值之一，相应地，被舍弃的那一个值应该为与现场工况明显不符的数值，例如，取值与实际可能的速度范围差距明显。对于本领域的技术人员，该合理值的取舍属于不需要付出创造性地公知技术，下面涉及取带钢速度合理值的情况也一样，故不再赘述。

其中，

a_s为预设定的带钢流速斜率，单位为m/s²；

t为预设定的调平时间，单位为s。

V_{1ex_pos}为一号子活套出口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{2en_pos}为二号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下(取其合理值)：

V_{2en_pos}＝V_{1ex_pos}

V_{2ex_pos}＝V_{3en_pos}

其中，

a_s为预设定的带钢流速斜率，单位为m/s²；

t为预设定的调平时间，单位为s。

V_{1ex_pos}为一号子活套出口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{3en_pos}为三号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s；

V_{2en_pos}和V_{2ex_pos}为二号子活套入口侧和出口侧带钢调平流速，单位为m/s。

2)最终的带钢流速计算

在一个双塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下：

$V_{1ex}=V_{1ex\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

V_2en＝V_1ex

其中，

n_1R为第1个子活套内的转向辊个数。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下：

$V_{1ex}=V_{1ex\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

$V_{3en}=V_{3en\_pos}+v_{en}-\frac{n_{1R}+n_{2R}+1}{n_s}(v_{en}-v_{ex})$

V_2en＝V_1ex

V_2ex＝V_3en

其中，

n_1R为第1个子活套内的转向辊个数；

n_2R为第2个子活套内的转向辊个数；

V_1ex、V_2en、V_2ex、V_3en分别为一号子活套出口、二号子活套入口、二号子活套出口和三号子活套入口侧带钢调平流速，单位为m/s。

辅助辊补偿速度控制器23连接该连接位置带钢流速计算器22，接收每个子活套入、出口带钢流速，并利用辅助转向辊的位置编号计算对应辅助转向辊的辊面速度。

在一个双塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下：

$V_{AR1\_i}=v_{en}-\[\frac{i}{n_{S1}}(v_{en}-V_{1ex})\]$

$V_{AR2\_i}=V_{1ex}-\[\frac{i}{n_{S2}}(V_{1ex}-v_{ex})\]$

其中，

n_S1为第1个子活套内的带钢层数；

n_S2为第2个子活套内的带钢层数；

V_{AR1_i}为一号子活套内第i号辅助转向辊的辊面速度，单位为m/s；

V_{AR2_i}为二号子活套内第i号辅助转向辊的辊面速度，单位为m/s。

在一个三塔式立式活套的实施例中，该控制器的具体计算方法如下：

$V_{AR1\_i}=v_{en}-\[\frac{i}{n_{S1}}(v_{en}-V_{1ex})\]$

$V_{AR3\_i}=V_{2ex}-\[\frac{i}{n_{S3}}(V_{2ex}-v_{ex})\]$

$V_{AR2\_i}=V_{2en}-\[\frac{i}{n_{S2}}(V_{2en}-v_{2ex})\]$

其中，

n_S1为第1个子活套内的带钢层数；

n_S3为第3个子活套内的带钢层数；

n_S2为第2个子活套内的带钢层数。

根据辅助转向辊的辊面速度计算对应的电机转速设定值。在一个实施例中，该控制器的具体计算方法如下：

$n_{AR1\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR1\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

$n_{AR2\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR2\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

$n_{AR3\_i}=\frac{i_{AR}{V}_{AR3\_i}}{{\mathrm{\πD}}_{AR}}$

其中，

i_AR为辅助辊减速机的减速比；

D_AR为辅助辊辊径，单位为m。

子活套张力控制器24通过控制立式活套的每个子活套卷扬电机，实现每个子活套内带钢张力的恒张力控制。卷扬电机的设定速度等于通过整个活套的入、出口带钢速度，以及整个活套的带钢层数等计算得到的理论速度和固定偏置速度之和，偏置速度保证设定值始终大于实际值。同时，其正向转矩限幅等于由活套带钢设定张力、活套层数、卷扬直径、卷扬减速机减速比等计算得到的电机工作转矩。在一个实施例中，该控制器的计算方法如下：

计算卷扬电机设定转速为(单位：r/min)：

$v_{cth}=\frac{v_{en}-v_{ex}}{n_s}$

v_cset＝v_cth+v_cof

$n_{cset}=\frac{v_{cset}{n}_{cb}i}{{\mathrm{\πD}}_c}$

其中，

v_en为整个活套入口侧带钢速度，单位为m/min；

v_ex为整个活套出口侧带钢速度，单位为m/min；

n_s为整个活套的带钢层数；

v_cth为活套车理论速度，单位为m/min；

v_cof为预设定的偏置速度，单位为m/min；

v_cset为活套车设定速度，单位为m/min；

n_cb为卷扬缆绳数量；

i为卷扬减速机减速比；

D_c为卷扬转鼓直径，单位为m。

计算卷扬电机输出转矩限幅值为(单位为N·m)：

$M_{c\lim p}=\frac{T_{set}{n}_{si}{D}_c}{1000\×n_{cb}i\mathrm{\η}}$

其中，

T_set为活套带钢张力设定值，单位为kN；

n_si为对应子活套的带钢层数；

η为卷扬电机效率。

辅助辊和子活套卷扬传动控制器25连接辅助辊补偿速度控制器23和子活套张力控制器24，接收各个辅助辊的速度参考值及各个子活套卷扬电机的速度参考和转矩限幅参考值，采用矢量控制技术或直接转矩控制技术实时计算对应的交流调速电机的三相电压值并输出。

综上所述，本发明通过采集立式活套各个子活套的实时套量位置，计算用于调平套量的、带速度斜坡的辅助辊补偿速度，此补偿速度可平稳地调节各个活套套量并在数学上与各个子活套的卷扬驱动电机的速度设定及转矩限幅设定相互独立，后者只用于建立子活套张力并使其保持恒定。所以本发明实现了位置平衡的平滑调节，以及与张力控制的完全解耦。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，应用于包括多个子活套的多塔式立式活套中，其中，每个子活套内包括多个辅助转向辊和用于实现每个子活套内带钢恒张力控制的卷扬机，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

侦测整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度；

响应于该整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度，并依据整个活套的带钢层数及各子活套的当前参数及其卷扬机参数，计算得到该各子活套卷扬机的电机设定速度和电机工作转矩，以实现对每个子活套内带钢的恒张力控制；

侦测各子活套的实时位置，并取该各子活套的实时位置的平均值作为该整个活套的位置调节目标值；

响应于该各子活套的实时位置和该位置调节目标值，并依据预设的调平速度斜坡的斜率值和各子活套对应辅助转向辊的位置编号，计算得到子活套内各个辅助转向辊的带速度斜坡的调平补偿速度值；

响应于该带速度斜坡的调平补偿速度值，子活套内的各辅助转向辊的设定速度受控于不考虑位置调平时的各辅助转向辊处的带钢速度值与该带速度斜坡的调平补偿速度值之和。

2.根据权利要求1所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，其特征在于，该各个子活套的每个卷扬机的电机设定速度为：

$n_{cset}=\frac{v_{cset}{n}_{cb}i}{{\mathrm{\πD}}_c},$

获取卷扬机的参数包括卷扬转鼓的圆周长πD_c、卷扬减速机减速比i、及卷扬缆绳数量n_cb和卷扬设定线速度v_cset。

3.根据权利要求2所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，其特征在于，该各个子活套的每个卷扬设定线速度为：

v_cset＝v_cth＋v_cof，

预设卷扬机的偏置速度v_cof，并依据该整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度，以及整个活套的带钢层数计算得到每个卷扬机的理论线速度，计算公式为：

$v_{cth}=\frac{v_{en}-v_{ex}}{n_s},$

其中，该v_en为整个活套入口侧带钢速度，v_ex为整个活套出口侧带钢速度，n_s为整个活套的带钢层数。

4.根据权利要求1所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，其特征在于，该卷扬机的电机工作转矩为：

$M_{\mathrm{climp}}=\frac{T_{\mathrm{set}}{n}_{\mathrm{si}}{D}_c}{1000\×n_{\mathrm{cb}}\mathrm{i\η}},$

获取子活套的当前参数为子活套带钢张力设定值T_set和该卷扬机对应子活套的带钢层数n_si，并获取该子活套对应卷扬机的参数为卷扬电机效率η、卷扬减速机减速比i、及卷扬缆绳数量n_cb和卷扬转鼓直径D_c。

5.根据权利要求1所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，其特征在于，该带速度斜坡的调平补偿速度值为：

1)子活套出口侧：

2)子活套入口侧：

取该V_i的合理值，其中，a_s为预设定的带钢流速斜率，t为预设定的调平时间，p_iact为第i个子活套的实时位置，p_ref为整个活套的位置调节目标值。

6.根据权利要求5所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦方法，其特征在于，该整个活套的位置调节目标值为：

$p_{ref}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{p}_{iact}}{n},$

式中，p_iact为第i个子活套实际位置，n为子活套个数。

7.一种用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦装置，应用于包括多个子活套的多塔式立式活套控制系统中，其中，每个子活套内包括多个辅助转向辊和用于实现每个子活套内带钢恒张力控制的卷扬机，其特征在于，所述解耦装置包括：

套量位置传感器，设置于每个子活套卷扬机输出轴上，用以侦测各子活套的实时位置；

平均套量位置计算器，连接于所述每个子活套对应的套量位置传感器，获取该各子活套的实时位置并计算得到该各子活套的实时位置的平均值以作为该整个活套的位置调节目标值；

连接位置带钢流速计算器，连接于所述平均套量位置计算器，用以接收该位置调节目标值和各个子活套当前实际位置值，并利用侦测到的整个活套入、出口带钢运行速度和活套层数，依据预设的调平速度斜坡的斜率值计算每个子活套连接位置处的最终带钢流速；

辅助辊补偿速度控制器，连接于所述连接位置带钢流速计算器，用以接收该最终带钢流速，并依据各子活套对应辅助转向辊的位置编号，计算得到子活套内各个辅助转向辊的带速度斜坡的调平补偿速度值；

子活套张力控制器，用以响应于该整个活套的入口带钢速度和出口带钢速度，并依据整个活套的带钢层数及各子活套的卷扬机的参数，计算得到该各子活套卷扬机的电机设定速度和电机工作转矩，以实现对每个子活套内带钢的恒张力控制；

辅助辊和子活套卷扬传动控制器，连接于所述子活套张力控制器和辅助辊补偿速度控制器，用以响应该活套内各电机设定速度及电机工作转矩，并采用矢量控制技术或直接转矩控制技术计算得到用于实时控制交流调速电机的三相电压值并予以输出，以地完成对各子活套位置的带速度斜坡的调平和对各子活套内带钢张力的恒张力控制。

8.根据权利要求7所述的用于立式活套位置平衡与恒张力控制的解耦装置，其特征在于，所述套量位置传感器为绝对值编码器。