CN110076215B - 开卷机及其纠偏控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开卷机及其纠偏控制系统和方法，其中开卷机的纠偏控制系统包括：板带位置检测装置，板带位置检测装置用于检测开卷后的板带的横向位置；板带速度检测装置，板带速度检测装置用于检测开卷过程中板带的纵向移动速度；纠偏设备，纠偏设备用于根据横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制。本发明通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

Description

开卷机及其纠偏控制系统和方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种开卷机的纠偏控制系统、一种开卷机和一种开卷机的纠偏控制方法。

背景技术

在金属板带生产、加工处理过程中，金属板卷首先需要被打开，进行相关加工处理。然而，在金属板带被打开的过程中，由于板带本身的不规则以及生产线设备的安装精度不够高等，会造成板带的横向跑偏，于是需要在生产线上加装一套纠偏系统。

一般的纠偏系统包括伺服控制柜、伺服油缸、伺服阀、光电传感器和导向辊等，通过采样闭环伺服控制完成板带的纠偏工作。具体地是先根据整个生产线的中心位置，确定闭环控制的零点，然后通过光电传感器不断检测当前板带的实时位置，再根据伺服控制柜采集的板带的位置，计算出纠偏量，送给伺服系统，达到控制板带位置的功能。但在实际的工业现场，开卷机附近往往空间有限，导致光电传感器的位置远离伺服系统，即光电传感器安装在导向辊的后面，造成伺服系统根据纠偏量在进行板带位置调整的过程中存在延时误差即无法对光电传感器的检测位置的板带进行实时的纠偏调整。同时，又因为板带是压在导向辊上面的，并且随着开卷料半径越小，这个压力越大。所以，一般的纠偏系统在进行纠偏作用时可控制导向辊前面的板带根据纠偏量移动，但是在导向辊后面的板带的移动量过小，造成板带的横向偏移难以纠正。并且，当光电传感器距离伺服系统的距离越大时，上述的延时误差也就越大，尤其是在生产线低速运转的时候，这种情况会极大的影响纠偏系统的性能。此外，目前的纠偏系统一般采用一个传感器例如光电传感器，控制算法中参数调节范围过小，在参数不合适的时候，会导致板带的横向摇摆的问题，纠偏效果较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种开卷机的纠偏控制系统，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

本发明的第二个目的在于提出一种开卷机。

本发明的第三个目的在于提出一种开卷机的纠偏控制方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种开卷机的纠偏控制系统，包括：板带位置检测装置，所述板带位置检测装置用于检测开卷后的板带的横向位置；板带速度检测装置，所述板带速度检测装置用于检测开卷过程中所述板带的纵向移动速度；纠偏设备，所述纠偏设备用于根据所述横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据所述纵向移动速度和与所述板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据所述位置偏差和所述位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制。

根据本发明实施例的开卷机的纠偏控制系统，通过板带位置检测装置和板带速度检测装置分别检测开卷后的板带的横向位置和开卷过程中板带的纵向移动速度，再通过纠偏设备根据检测的板带的横向位置和设定的零位置获取位置偏差，根据检测的板带的纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，最后根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，由此，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

根据本发明实施例的开卷机的纠偏控制系统，通过纠偏设备根据板带位置检测装置检测的开卷后的板带的横向位置和设定的零位置获取位置偏差，根据板带速度检测装置用于检测的开卷过程中板带的纵向移动速度和板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，然后根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，由此，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

另外，根据本发明上述实施例提出的开卷机的纠偏控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制系统所述纠偏设备包括伺服控制器、伺服阀、伺服油缸和纠偏辊，其中，所述纠偏控制信号为所述伺服控制器生成的伺服阀阀芯位置控制信号。

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制系统所述板带位置检测装置包括红外线对中传感器，其中，所述纠偏辊、导向辊和所述红外线对中传感器沿所述板带的纵向移动方向依次设置。

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制系统，所述伺服控制器基于PI控制算法和前馈补偿策略生成所述伺服阀阀芯位置控制信号。

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制系统所述伺服控制器根据以下公式得到所述伺服阀阀芯位置控制信号：

U＝k_p*e+k_i*e+k_f*(e*t)

其中，U为所述伺服阀阀芯位置控制信号，e为所述位置偏差，t为所述位置检测延时时间，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_f为补偿函数。

为达到上述目的，本发明第二方面提出了一种开卷机，包括上述开卷机的纠偏控制系统。

为达到上述目的，本发明第三方面提出了一种开卷机的纠偏控制方法包括以下步骤：检测开卷后的板带的横向位置；检测开卷过程中所述板带的纵向移动速度；根据所述横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据所述纵向移动速度和与所述板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据所述位置偏差和所述位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制。

根据本发明实施例的开卷机的纠偏控制方法，通过检测开卷后的板带的横向位置和开卷过程中的板带的纵向移动速度，再根据检测的板带的横向位置与设定的零位置获取位置偏差，根据检测的板带的纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，最后根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，由此，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

另外，根据本发明上述实施例提出的开卷机的纠偏控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制方法所述纠偏控制信号为伺服阀阀芯位置控制信号。

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制方法，基于PI控制算法和前馈补偿策略生成所述伺服阀阀芯位置控制信号。

进一步地，所述的开卷机的纠偏控制方法，根据以下公式得到所述伺服阀阀芯位置控制信号：

U＝k_p*e+k_i*e+k_f*(e*t)

其中，U为所述伺服阀阀芯位置控制信号，e为所述位置偏差，t为所述位置检测延时时间，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_f为补偿函数。

附图说明

图1为本发明实施例的开卷机的纠偏控制系统的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的开卷机的纠偏控制系统的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的PI控制算法图；

图4为本发明实施例的开卷机的纠偏控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例的开卷机的纠偏控制系统，包括板带位置检测装置10，板带位置检测装置10用于检测开卷后的板带的横向位置；板带速度检测装置20，板带速度检测装置20用于检测开卷过程中板带的纵向移动速度；纠偏设备30，纠偏设备30用于根据横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据纵向移动速度和与板带位置检测装置10之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制。

根据本发明实施例的开卷机的纠偏控制系统，通过板带位置检测装置和板带速度检测装置分别检测开卷后的板带的横向位置和开卷过程中板带的纵向移动速度，再通过纠偏设备根据检测的板带的横向位置和设定的零位置获取位置偏差，根据检测的板带的纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，最后根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，由此，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

在本发明一个实施例中，如图2所示，纠偏设备30包括伺服控制器301、伺服阀302、伺服油缸303和纠偏辊304，其中，纠偏控制信号为伺服控制器301生成的伺服阀阀芯位置控制信号。在板带的开卷出现横向偏移的过程中，伺服控制器301可通过生成的伺服阀阀芯位置控制信号控制伺服油缸303带动纠偏辊304调整板带的位置，纠正板带的横向偏移误差。在本发明一个具体实施例中，伺服阀阀芯位置控制信号可为±10V的电压信号或者4～20ma电流信号。

在本发明一个实施例中，如图2所示，板带位置检测装置10包括红外线对中传感器101，可通过红外线对中传感器101实时检测板带的横向位置。

在本发明一个实施例中，如图2所示，纠偏辊304、导向辊01和红外线对中传感器101可沿板带的纵向移动方向依次设置。

在本发明一个具体实施例中，板带速度检测装置20可包括转速传感器，例如，转速传感器可设置于导向辊01上，通过检测导向辊01的转速来获取板带的纵向移动速度。

在本发明一个实施例中，如图3所示，伺服控制器301可基于PI控制算法和前馈补偿策略生成伺服阀阀芯位置控制信号。具体地，伺服控制器301可根据以下公式得到伺服阀阀芯位置控制信号：

U＝k_p*e+k_i*e+k_f*(e*t)

其中，U为伺服阀阀芯位置控制信号，e为位置偏差，t为位置检测延时时间，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_f为补偿函数。

在本发明的一个实施例中，位置偏差e可通过获取的板带横向位置P1和设定的零位置P_set作差获得。在本发明一个实施例中，获取的板带横向位置P1与红外线对中传感器101检测的板带横向位置量之间可具有一定的线性关系，例如，获取的板带横向位置P1与红外线对中传感器101检测的板带横向位置量之间可具有正比例关系。当正比例系数可为K1时，红外线对中传感器101检测的板带横向位置量可通过与正比例系数K1相乘得到获取的板带横向位置P1，然后通过获取的板带横向位置P1与设定的零位置P_set作差获得位置偏差e。

在本发明的一个实施例中，位置检测延时时间t可通过以下公式计算获得：

t＝l/s

其中，l为板带位置检测装置10与纠偏辊304之间的距离，单位为m；s为板带纵向移动速度，由转速传感器测量得到，单位为m/s。

应当理解的是，板带的纵向移动速度不一致，范围可为0～500m/s，补偿函数k_f不是一个定值。在本发明一个实施例中，可让板带以10组不同的纵向移动速度运行，调整在各自不同纵向移动速度下最优的补偿值，最后通过最小二乘法线性拟合得出补偿函数k_f。

具体地，假设拟合的补偿函数为：k_f＝a₀+a₁t，对于给定的10组数据(t_i，k_i)(i＝1,2,..10)，为了使得

有最小值，得到方程：

解出a₀和a₁，代入k_f＝a₀+a₁t即可得到补偿函数k_f。

在本发明一个具体实施例中，如图2和图3所示，在板带的开卷过程中，可通过红外线对中传感器101不断检测板带的横向位置量，通过与正比例系数K1相乘获取板带的横向位置P1，再与设定的零位置P_set进行作差运算，得出位置偏差e。同时可通过转速传感器检测导向辊01的转速来获取板带的纵向移动速度s，再将板带的纵向移动速度s与红外线对中传感器101和纠偏辊304之间的距离l相除，得出位置检测延时时间t。伺服控制器301可根据位置偏差e和位置检测延时时间t再基于PI控制算法和前馈补偿策略生成伺服阀阀芯位置控制信号U。进一步地，伺服阀阀芯位置控制信号U先通过放大器放大，然后再将放大后的控制信号输入伺服阀302，通过控制伺服阀阀芯位置来控制伺服油缸303，带动纠偏辊304，使板带作相应的运动以完成纠偏工作。前馈补偿即位置检测延时时间t的引入，保证了板带的纠偏控制精度，能够解决板带在开卷过程中横向摇摆的问题，提高板带加工质量和效率。

对应上述实施例，本发明还提出了一种开卷机。

本发明实施例的开卷机，包括上述实施例所述的开卷机的纠偏控制系统。

根据本发明实施例的开卷机，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

对应上述实施例中的开卷机的纠偏控制系统，本发明还提出了一种开卷机的纠偏控制方法。

如图4所示，本发明实施例的开卷机的纠偏控制方法，包括以下步骤：

S1，检测开卷后的板带的横向位置。

在本发明一个实施例中，可通过红外线对中传感器检测开卷后的板带的横向位置。

S2，检测开卷过程中板带的纵向移动速度。

在本发明一个实施例中，可通过设置于导向辊上的转速传感器检测导向辊的转速来获取板带的纵向移动速度。

S3，根据横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制。

根据本发明实施例的开卷机的纠偏控制方法，通过检测开卷后的板带的横向位置和开卷过程中的板带的纵向移动速度，再根据检测的板带的横向位置与设定的零位置获取位置偏差，根据检测的板带的纵向移动速度和与板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，最后根据位置偏差和位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，由此，通过引入延时补偿，能够保证板带的纠偏控制精度，提高板带加工质量和效率。

需要说明的是，图4所示的步骤S1～S2的执行顺序为本发明一个实施例中的执行顺序，在本发明的其他实施例中，上述步骤S1～S2可以任意顺序执行，或同步执行。

在本发明一个实施例中，纠偏控制信号为伺服阀阀芯位置控制信号。

在本发明一个实施例中，可基于PI控制算法和前馈补偿策略生成伺服阀阀芯位置控制信号。具体地，可根据以下公式得到伺服阀阀芯位置控制信号：

U＝k_p*e+k_i*e+k_f*(e*t)

其中，U为伺服阀阀芯位置控制信号，e为位置偏差，t为位置检测延时时间，k_p为比例系数，k_i为积分系数，k_f为补偿函数。

在本发明的一个实施例中，位置偏差e可通过获取的板带横向位置P1和设定的零位置P_set作差获得。在本发明一个实施例中，获取的板带横向位置P1与红外线对中传感器检测的板带横向位置量之间可具有一定的线性关系，例如，获取的板带横向位置P1与红外线对中传感器检测的板带横向位置量之间可具有正比例关系。当正比例系数可为K1时，红外线对中传感器检测的板带横向位置量可通过与正比例系数K1相乘得到获取的板带横向位置P1，然后通过获取的板带横向位置P1与设定的零位置P_set作差获得位置偏差e。

在本发明的一个实施例中，位置检测延时时间t可通过以下公式计算获得：

t＝l/s

其中，l为板带位置检测装置与纠偏辊之间的距离，单位为m；s为板带纵向移动速度，由转速传感器测量得到，单位为m/s。

应当理解的是，板带的纵向移动速度不一致，范围可为0～500m/s，补偿函数k_f不是一个定值。在本发明一个实施例中，可让板带以10组不同的纵向移动速度运行，调整在各自不同纵向移动速度下最优的补偿值，最后通过最小二乘法线性拟合得出补偿函数k_f。

具体地，假设拟合的补偿函数为：k_f＝a₀+a₁t，对于给定的10组数据(t_i，k_i)(i＝1,2,..10)，为了使得

有最小值，得到方程：

解出a₀和a₁，代入k_f＝a₀+a₁t即可得到补偿函数k_f。

在本发明一个具体实施例中，如图2和图3所示，在板带的开卷过程中，可通过红外线对中传感器不断检测板带的横向位置量，通过与正比例系数K1相乘获取板带的横向位置P1，再与设定的零位置P_set进行作差运算，得出位置偏差e。同时可通过转速传感器检测导向辊的转速来获取板带的纵向移动速度s，再将板带的纵向移动速度s与红外线对中传感器和纠偏辊之间的距离l相除，得出位置检测延时时间t。伺服控制器可根据位置偏差e和位置检测延时时间t再基于PI控制算法和前馈补偿策略生成伺服阀阀芯位置控制信号U。进一步地，伺服阀阀芯位置控制信号U先通过放大器放大，然后再将放大后的控制信号输入伺服阀，通过控制伺服阀阀芯位置来控制伺服油缸，带动纠偏辊，使板带作相应的运动以完成纠偏工作。前馈补偿即位置检测延时时间t的引入，保证了板带的纠偏控制精度，能够解决板带在开卷过程中横向摇摆的问题，提高板带加工质量和效率。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种开卷机的纠偏控制系统，其特征在于，包括：

板带位置检测装置，所述板带位置检测装置用于检测开卷后的板带的横向位置；

板带速度检测装置，所述板带速度检测装置用于检测开卷过程中所述板带的纵向移动速度；

纠偏设备，所述纠偏设备用于根据所述横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据所述纵向移动速度和与所述板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据所述位置偏差和所述位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，

所述纠偏设备包括伺服控制器、伺服阀、伺服油缸和纠偏辊，其中，所述纠偏控制信号为所述伺服控制器生成的伺服阀阀芯位置控制信号，所述伺服控制器基于PI控制算法和前馈补偿策略生成所述伺服阀阀芯位置控制信号，所述伺服控制器根据以下公式得到所述伺服阀阀芯位置控制信号：

其中，U为所述伺服阀阀芯位置控制信号，e为所述位置偏差，t为所述位置检测延时时间，k _p 为比例系数，k _i 为积分系数，k _f 为补偿函数，通过让板带以不同的纵向移动速度运行，调整在各自不同纵向移动速度下最优的补偿值，最后通过最小二乘法线性拟合得出补偿函数k _f 。

2.根据权利要求1所述的开卷机的纠偏控制系统，其特征在于，所述板带位置检测装置包括红外线对中传感器，其中，所述纠偏辊、导向辊和所述红外线对中传感器沿所述板带的纵向移动方向依次设置。

3.一种开卷机，其特征在于，包括根据权利要求1或2所述的开卷机的纠偏控制系统。

4.一种根据权利要求3所述的开卷机的纠偏控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测开卷后的板带的横向位置；

检测开卷过程中所述板带的纵向移动速度；

根据所述横向位置和设定的零位置获取位置偏差，并根据所述纵向移动速度和与所述板带位置检测装置之间的距离获取位置检测延时时间，以及根据所述位置偏差和所述位置检测延时时间生成纠偏控制信号以进行板带纠偏控制，

其中，所述纠偏控制信号为伺服阀阀芯位置控制信号，基于PI控制算法和前馈补偿策略生成所述伺服阀阀芯位置控制信号，根据以下公式得到所述伺服阀阀芯位置控制信号：

其中，U为所述伺服阀阀芯位置控制信号，e为所述位置偏差，t为所述位置检测延时时间，k _p 为比例系数，k _i 为积分系数，k _f 为补偿函数，通过让板带以不同的纵向移动速度运行，调整在各自不同纵向移动速度下最优的补偿值，最后通过最小二乘法线性拟合得出补偿函数k _f 。

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