CN106312173B - 模式飞剪曲柄自纠偏控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了模式飞剪曲柄自纠偏控制方法及控制系统，该方法包括：设定模式飞剪的第一剪切曲柄位置角φ₀；控制模式飞剪进行第一块钢板剪切，获得第二剪切曲柄位置角φ₁；当所述第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值大于预定偏差允许值ζ时，调整模式飞剪的曲柄电机转速，使第三剪切曲柄位置角φ₂为第一剪切位置角φ₀；控制模式飞剪进行下一块钢板剪切，剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁。该装置曲柄零位分析器、曲柄自纠偏计算器、曲柄位置计算器和电机调速控制单元。本发明通过剪切位曲柄角度自动纠偏的方式，达到对提高模剪曲柄控制的快速性，提高曲柄控制精度。

Description

模式飞剪曲柄自纠偏控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，具体地指一种模式飞剪曲柄自纠偏控制方法及控制系统。

背景技术

模式飞剪又称滑座式飞剪，是冶金行业的重要设备，其功能是将运动轧件定尺剪切成用户所需长度的钢板，其剪切精度将直接影响产品的质量和成材率。

模式飞剪是移动模套式下剪刃抬起剪切飞剪。主要由剪切机构和同步机构组成。上下刀架经齿轮、齿条传动，由直流电机带动做往复运动。下部摇床，通过连杆被曲柄带动做前后运动，同时受基础斜面的作用，做上下运动，迫使下刀架做上下运动而形成剪切。

剪切机构由曲柄、离合器、制动器等组成。曲柄旋转一周，带动完成一次剪切后。现有的曲柄控制系统是一个位置控制系统，没有考虑速度反馈，带动曲柄的飞轮由一台不变速的交流异步电动机驱动，曲柄加速后的转速是固定不可调的。而剪切信号由模剪同步机构设定，如果曲柄剪切位置角与剪切信号不匹配，将导致曲柄剪切位置角的偏差不断累积扩大，最终影响剪切精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种结构简单、运行稳定、安全可靠的模式飞剪曲柄自纠偏控制系统。

为实现上述目的，本发明所设计的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)设定模式飞剪的第一剪切曲柄位置角φ₀和预定偏差允许值ζ；

2)控制所述模式飞剪进行第一块钢板剪切，当第一块钢板剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁；

3)比较所述第二剪切曲柄位置角φ₁与第一剪切曲柄位置角φ₀，当所述第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值大于预定偏差允许值ζ时，前往步骤4)；当所述第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角的差值φ₁不大于预定偏差允许值ζ时；直接前往步骤5)；

4)调整所述模式飞剪的曲柄电机转速，使第三剪切曲柄位置角φ₂为第一剪切位置角φ₀；

5)控制所述模式飞剪进行下一块钢板剪切，剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁，返回步骤3)直至最后一块钢板剪切完毕。

优选地，所述步骤2)中获得第二剪切曲柄位置角φ₁的方法为：

21)获得第一块钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，剪切时曲柄转速ω₀

22)计算所述曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，θ₁＝π*D*n*t/(120*I)，其中D为飞轮直径，n为电机转速，t为离合器闭合时间，I为减速机传动比；

23)计算第二剪切曲柄位置角φ₁，φ₁＝θ₀+θ₁+ω₀*(T-t/2)，其中T为所述曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的时间段。

优选地，所述步骤4)中所述模式飞剪的曲柄电机速度的计算方法为：n＝ω₀*60*I/(π*D)。

优选地，所述预定偏差允许值ζ为±1mm。

基于上述方法的模式飞剪曲柄自纠偏控制系统，其特殊之处在于，包括曲柄零位分析器、曲柄自纠偏计算器、曲柄位置计算器和电机调速控制单元，所述曲柄零位分析器的输出端与曲柄自纠偏计算器连接，所述曲柄自纠偏计算器的输出端分别与曲柄位置计算器、电机调速控制单元以及模式飞剪的控制逻辑单元连接，所述曲柄位置计算器的输入端与控制逻辑单元连接；

所述曲柄零位分析器用于采集钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，并发送至曲柄自纠偏计算器；

所述曲柄自纠偏计算器用于根据曲柄零位分析器和曲柄位置计算器发送的数值计算第二剪切曲柄位置角φ₁，并判断第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值是否符合预定偏差允许值ζ，从而向电机调速控制单元发送曲柄电机转速控制信号；

所述曲柄位置计算器用于根据从控制逻辑单元获得的模式飞剪的状态信息计算曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，并发送至曲柄自纠偏计算器；

所述电机调速控制单元用于根据曲柄电机速度控制信号控制曲柄电机转速n。

进一步地，所述模式飞剪的状态信息包括剪切时曲柄转速ω₀、飞轮直径D、电机转速n、离合器闭合时间t、减速机传动比I、曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的时间段T。

更进一步地，还包括与控制逻辑单元连接的显示及报警单元，当所述曲柄零位分析器采集的钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀不在-20°～20°范围内时，所述显示及报警单元发出报警信息，防止曲柄偏离位置过大，对机器造成损害。

本发明通过加入曲柄速度采集与系统反馈，提高了系统的动态响应能力，提高了曲柄控制精度；通过新增曲柄自纠偏计算单元、电机调速控制单元，实现曲柄转速精确控制；通过剪切位曲柄角度自动纠偏的方式，达到对提高模剪曲柄控制的快速性，提高曲柄控制精度。

附图说明

图1为本发明模式飞剪曲柄自纠偏控制系统的结构示意图；

图2为图1中发射端的结构示意图。

图中：曲柄零位分析器 1，曲柄自纠偏计算器 2，曲柄位置计算器 3，电机调速控制单元 4，控制逻辑单元 5，制动器控制单元 6，离合器控制单元 7，显示及报警单元 8，行程开关 9。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提出的模式飞剪曲柄自纠偏控制系统，与模式飞剪的控制逻辑单元5相连接，通过获取模式飞剪的状态信息，计算出最佳的电机转速，从而达到曲柄位置纠偏的效果。控制系统包括曲柄零位分析器1、曲柄自纠偏计算器2、曲柄位置计算器3和电机调速控制单元4。曲柄零位分析器1的输出端与曲柄自纠偏计算器2连接，曲柄自纠偏计算器2的输出端分别与曲柄位置计算器3、电机调速控制单元4之间通信。曲柄零位分析器1、曲柄自纠偏计算器2、曲柄位置计算器3的输出端分别与控制逻辑单元5的输入端连接，控制逻辑单元5的输出端分别与曲柄位置计算器3、制动器控制单元6、离合器控制单元7连接。

曲柄零位分析器1用于采集钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，并发送至曲柄自纠偏计算器2；曲柄自纠偏计算器2用于根据曲柄零位分析器1和曲柄位置计算器3发送的数值计算第二剪切曲柄位置角φ₁，并判断第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值是否符合预定偏差允许值ζ，从而向电机调速控制单元4发送曲柄电机转速控制信号；曲柄位置计算器3用于根据从控制逻辑单元5获得的模式飞剪的状态信息计算曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，并发送至曲柄自纠偏计算器2；电机调速控制单元4用于根据曲柄电机速度控制信号控制曲柄电机转速n。

控制逻辑单元5分别与制动器控制单元6、离合器控制单元7、显示及报警单元8、行程开关9连接。制动器控制单元6用于根据控制逻辑单元5的控制信号制动曲柄；离合器控制单元7用于根据控制逻辑单元5的控制信号控制离合器与飞轮连接和断开；显示及报警单元8用于根据控制逻辑单元5的控制信号发出报警信息；行程开关9用于根据控制逻辑单元5的控制信号控制钢板行程。

本发明一种模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，包括如下步骤，如图2所示：

1)设定模式飞剪的第一剪切曲柄位置角φ₀和预定偏差允许值ζ。将预定偏差允许值ζ设置为±1mm。

2)控制模式飞剪进行第一块钢板剪切，当第一块钢板剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁；获得第二剪切曲柄位置角φ₁的方法为：

21)曲柄零位分析器1获得第一块钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，剪切时曲柄转速ω₀；并判断θ₀是否在-20°～20°的范围内，如果不是，显示及报警单元8发出报警，控制结束。

22)曲柄位置计算器3根据控制逻辑单元5采集的曲柄状态信息计算曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，θ₁＝π*D*n*t/(120*I)，其中D为飞轮直径，n为电机转速，t为离合器闭合时间，I为减速机传动比。

23)曲柄自纠偏计算器2根据曲柄位置计算器3发送的角度行程θ₁计算第二剪切曲柄位置角φ₁，φ₁＝θ₀+θ₁+ω₀*(T-t/2)，其中T为曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的时间段。

3)曲柄自纠偏计算器2比较第二剪切曲柄位置角φ₁与第一剪切曲柄位置角φ₀，当第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值大于预定偏差允许值ζ时，前往步骤4)；当第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角的差值φ₁不大于预定偏差允许值ζ时；直接前往步骤5)；

4)电机调速控制单元4根据曲柄自纠偏计算器2的控制结果调整模式飞剪的曲柄电机转速，使第三剪切曲柄位置角φ₂为第一剪切位置角φ₀；模式飞剪的曲柄电机速度的计算方法为：n＝ω₀*60*I/(π*D)。

5)控制模式飞剪进行下一块钢板剪切，剪切完毕后，曲柄零位分析器1获得第二剪切曲柄位置角φ₁，返回步骤3)直至最后一块钢板剪切完毕。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡任何背离本专利的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设定模式飞剪的第一剪切曲柄位置角φ₀和预定偏差允许值ζ；

2)控制所述模式飞剪进行第一块钢板剪切，当第一块钢板剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁；

3)比较所述第二剪切曲柄位置角φ₁与第一剪切曲柄位置角φ₀，当所述第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值大于预定偏差允许值ζ时，前往步骤4)；当所述第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值不大于预定偏差允许值ζ时；直接前往步骤5)；

4)调整所述模式飞剪的曲柄电机转速，使第三剪切曲柄位置角φ₂为第一剪切曲柄位置角φ₀；

5)控制所述模式飞剪进行下一块钢板剪切，剪切完毕后，获得第二剪切曲柄位置角φ₁，返回步骤3)直至最后一块钢板剪切完毕。

2.根据权利要求1所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特征在于：所述步骤2)中获得第二剪切曲柄位置角φ₁的方法为：

21)获得第一块钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，剪切时曲柄转速ω₀；

22)计算所述曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，θ₁＝π*D*n*t/(120*I)，其中D为飞轮直径，n为曲柄电机转速，t为离合器闭合时间，I为减速机传动比；

23)计算第二剪切曲柄位置角φ₁，φ₁＝θ₀+θ₁+ω₀*(T-t/2)，其中T为所述曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的时间段。

3.根据权利要求2所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特征在于：所述步骤4)中所述模式飞剪的曲柄电机转速的计算方法为：n＝ω₀*60*I/(π*D)。

4.根据权利要求1所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特征在于：所述预定偏差允许值ζ为±1mm。

5.根据权利要求2所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法，其特征在于：所述步骤2)中21)获得第一块钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，判断θ₀是否在-20°～20°的范围内，如果不是，则发出报警，控制结束。

6.一种根据权利要求1所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法的控制系统，其特征在于：包括曲柄零位分析器(1)、曲柄自纠偏计算器(2)、曲柄位置计算器(3)和电机调速控制单元(4)，所述曲柄零位分析器(1)的输出端与曲柄自纠偏计算器(2)连接，所述曲柄自纠偏计算器(2)的输出端分别与曲柄位置计算器(3)、电机调速控制单元(4)以及模式飞剪的控制逻辑单元(5)连接，所述曲柄位置计算器(3)的输入端与控制逻辑单元(5)连接；

所述曲柄零位分析器(1)用于采集钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀，并发送至曲柄自纠偏计算器(2)；

所述曲柄自纠偏计算器(2)用于根据曲柄零位分析器(1)和曲柄位置计算器(3)发送的数值计算第二剪切曲柄位置角φ₁，并判断第一剪切曲柄位置角φ₀与第二剪切曲柄位置角φ₁的差值是否符合预定偏差允许值ζ，从而向电机调速控制单元(4)发送曲柄电机转速控制信号；

所述曲柄位置计算器(3)用于根据从控制逻辑单元(5)获得的模式飞剪的状态信息计算曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的角度行程θ₁，并发送至曲柄自纠偏计算器(2)；

所述电机调速控制单元(4)用于根据曲柄电机转速控制信号控制曲柄电机转速n。

7.根据权利要求6所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法的控制系统，其特征在于：所述模式飞剪的状态信息包括剪切时曲柄转速ω₀、飞轮直径D、曲柄电机转速n、离合器闭合时间t、减速机传动比I、曲柄从静止加速到剪切时曲柄转速ω₀的时间段T。

8.根据权利要求6所述的模式飞剪曲柄自纠偏控制方法的控制系统，其特征在于：还包括与控制逻辑单元(5)连接的显示及报警单元(8)，当所述曲柄零位分析器(1)采集的钢板剪切完成时曲柄停止位置角θ₀不在-20°～20°范围内时，所述显示及报警单元(8)发出报警信息。