CS260815B1

CS260815B1 - Device for stabilizing the tension control system of the winding material

Info

Publication number: CS260815B1
Application number: CS867915A
Authority: CS
Inventors: Petr Hercik
Original assignee: Petr Hercik
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS791586A1

Abstract

Účelem zařízení je zvýšit tlumení regulačního systému tahu tak, aby tah byl spolehlivě udržen i v dynamických stavech takového mechanismu. Uvedeného účelu se dosáhne zapojením zařízení podle vynálezu, které sestává z čidla rychlosti majoritního mechanismu, čidla úhlové rychlosti tahového mechanismu, dvou upravovačích bloků, výběrového bloku, integračního bloku a řídicího bloku.The purpose of the device is to increase the damping of the thrust control system so that the thrust is reliably maintained even in dynamic states of such a mechanism. The stated purpose is achieved by connecting the device according to the invention, which consists of a speed sensor of the majority mechanism, an angular velocity sensor of the thrust mechanism, two adjustment blocks, a selection block, an integration block and a control block.

Description

Vynález se týká zařízení k stabilizaci regulačního systému tahu navíjeného materiálu, např.pasů, drátů, lan a pod.The present invention relates to a device for stabilizing the tension control system of a wound material, such as belts, wires, ropes and the like.

Až dosud byl regulační systém tahu v navíjeném,resp.odvíjeném materiálu tvořen klasickým regulátorem tahu a tlumícími obvody pružných kmitů v materiálu. Není podstatné, zda se jedná o analogové nebo diskrétní provedení. Při analogovém provedení je k realizaci regulátoru použito operačního zasilovače o proporcionálně integračním přenosu na vstupní odchylku, získanou z rozdílu žádané a skutečné hodnoty tahu. Někdy je možno z určitých důvodů oddělit realizaci každé složky zvláší do samostatného operačního zesilovače, V případě diskrétní realizace je analogový integrátor nahrazen sumátorem. Tlumící obvod výše uvedeného regulačního systému byl až dosud tvořen dynamickým korektorem, v některých případech doplněným přídavnou rychlostní vazbou. Fyzikální princip dynamické korekce spočívá v generování kmitů> které jsou v podstatě shodné s kmity ve vlastní mechanické soustavě pružného napínaného materiálu, vybuzenými regulačními zásahy. Tyto kmity jsou pak zpětně použity k úpravě řídícího signálu- jako antikmity - tak, aby navenek mechanický systém byl maximálně tlumen. V analogovém provedení korektoru je tedy mechanická soustava simulována sériovým spojením dvou operačních zesilovačů v integračníq/zapojení. V podstatě při systémovém přístupu jde o aperiodický člen druhého řádu s přesně definovanými parametry k řízené soustavě. Potřeba zavést doplňující přídavnou rychlostní vazbu vychází z představy, co v podstatě rychlost navíjecího mechanizmu fyzikálně ve vztahu k tahu v napínaném materiálu je. Představíme-li si materiál jako pružinu, tak vzájemná poloha konců vůči nenapnutému stavu definuje tah a změna této polohy, t.j. rychlost, je derivací tahu. Proto tlumení systému, odvozené od rychlosti má značný vliv na celkovou stabilitu. Přídavná rychlostní vazba však k tomu, aby vedle sledovaného cíle, t.j. tlumení systému, nepůsobila trvale jako porucha pro regulátor tahu, musela být doplněna o žádanou hodnotu rychlosti opačného znaménka, t.j. musel být vytvořen regulátor úhlové rychlostiUntil now, the tension control system in the wound or unwound material was formed by a classical tension regulator and damping circuits of elastic oscillations in the material. It is irrelevant whether it is an analog or a discrete version. In an analog design, an operational amplifier with proportional integration transfer to the input deviation, obtained from the difference between the set point and the actual thrust value, is used to implement the controller. Sometimes it is possible for some reasons to separate the implementation of each component separately into a separate operational amplifier. In the case of discrete implementation, the analog integrator is replaced by a summator. The damping circuit of the above-mentioned control system has hitherto been formed by a dynamic corrector, in some cases supplemented by an additional speed coupling. The physical principle of dynamic correction consists in generating oscillations that are substantially identical to oscillations in the mechanical system of the elastic stressed material, induced by control interventions. These oscillations are then re-used to adjust the control signal - as an antikmite - so that the mechanical system is damped externally. Thus, in an analog corrector embodiment, the mechanical system is simulated by a series connection of two operational amplifiers in an integration / wiring. Basically, the system approach is a second order aperiodic member with precisely defined parameters to the controlled system. The need to introduce an additional additional velocity coupling is based on the idea of what the velocity of the winding mechanism physically is in relation to the tension in the tensioned material. Considering the material as a spring, the relative position of the ends relative to the non-tensioned state defines the tension and the change of this position, i.e. the velocity, is a derivative of the tension. Therefore, speed-related damping of the system has a considerable effect on overall stability. However, the additional speed coupling, in addition to the target to be monitored, i.e. the damping of the system, would not permanently act as a failure for the thrust regulator, had to be supplemented with a setpoint of the opposite sign, i.e. an angular speed regulator had to be created.

- 2 260 815 navíjecího mechanizmu. Pro ustálený režim by měl být výstup tohoto regulátoru nulový, pouze při pružných výkyvech pásu jeho odchylka působí jako tlumící, a to bez ohledu, jde-li o navíjení či odvíjení pružného materiálu. Dosavadní koncepce spočívá ve vytvoření t.zv. žádané veličiny úhlové rychlosti. V podstatě jsou jen dvě možná řešení. Buá lze měřit rychlost pásu rychlostním čid lem, umístěným na některém z pomocných válečků na trati, např. na převáděcím či měřícím válečku a z této veličiny úpravou dle okamžitého průměru navíjeného, resp.odvíjeného materiálu vyhodnotit úhlovou rychlost, nebo měřit úhlovou rychlost na majoritním mechanizmu, t.j. majoritním ve smyslu rychlosti trati, a pod. a z něho odvodit potřebnou úhlovou rychlost naví jecího, resp. odví jecího mechanizmu.- 2 260 815 winding mechanism. For steady-state operation, the output of this controller should be zero, only in the case of elastic belt fluctuations, its deviation acts as a damping, regardless of whether the elastic material is being wound or unwound. The current concept consists in the creation of so-called. angular velocity setpoints. There are basically only two possible solutions. Either the speed of the belt can be measured by a speed sensor located on one of the auxiliary rollers on the track, for example on a transfer or measuring roller, and from this quantity can be adjusted according to the instantaneous diameter of the wound or unwound material. ie the majority in terms of track speed, etc. and derive from it the necessary angular velocity of the winding, resp. Unwinding mechanism.

Obě řešení mají své specifické nevýhody. V prvém případě jsou v informaci rychlosti materiálu, t.zn. v rychlosti totožné s obvodovou rychlostí pomocného válečku, obsaženy pružné kmity elastického materiálu, event. i mikroprokluzy snímacího válečku vůči materiálu. V druhém případě je chybové vyhodnocení v rychlosti vystupujícího pásu z majoritního mechanizmu,t.zn., že trvalá chyba existuje i v obvodové a žádané úhlové rychlosti. Případ snímání rychlosti materiálu rychlostním čidlem, umístěným na některém z pomocných válečků, má trend při urychlování nebo brzdění mechanizmu namísto tlumicího efektu na celý systém řízení tahu, efekt vybuzování kmitů pružné mechanické soustavy. V druhém případě snímání,pro relativně vysoké zesílení soustavy, způsobuje trvalou nenulovost výstupního signálu z regulátoru rychlosti, a to i pro případ dynamického ustálení. Tato nenulovost může pak svou hodnotou prakticky paralizovat astatismus integračního bloku regulátoru tahu a tedy znehodnotit jeho vlastní efekt vůči nepřimé regulaci tahu.Both solutions have specific disadvantages. In the first case, the material velocities are in the information, i. elastic oscillations of the elastic material, respectively. and micro slip of the pickup roller relative to the material. In the latter case, the error evaluation is at the speed of the exiting web from the majority mechanism, i.e. that a permanent error also exists at the peripheral and the desired angular velocity. The case of sensing the velocity of the material by a velocity sensor mounted on one of the auxiliary rollers has a trend in accelerating or braking the mechanism instead of a damping effect on the entire thrust control system, the vibration inducing effect of the resilient mechanical system. In the second case, sensing, for a relatively high gain of the system, causes a permanent nonzero output signal from the speed controller, even in the case of dynamic stabilization. This nonzero can then, by its value, practically parallel the astatism of the thrust regulator integration block and thus devalue its own effect against indirect thrust control.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení k stabilizaci regulačního systému tahu navíjeného materiálu podle vynálezu, které sestává z čidla rychlosti_ymajoritního mechanizmu, čidla úhlové rych losti· tahového mechanizmu, dvou upravovačích bloků, výběrového bloku, integračního bloku, vyhodnocovacího bloku a řídícího blokuThe above disadvantages are overcome by the device for stabilizing the winding material tension control system according to the invention, which consists of a velocity sensor _{y of the} major mechanism, an angular velocity sensor of the tension mechanism, two conditioning blocks, a selection block, integration block, evaluation block and control block.

Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že první hodnotový výstup řídícího bloku je spojen s definičním vstupem druhého upravovacího bloku, druhý hodnotový výstup s prvním informačním vstupem, třetí hodnotový výstup s druhým informačnímThe principle of the device according to the invention is that the first value output of the control block is connected to the definition input of the second treatment block, the second value output to the first information input, the third value output to the second information block

- 3 260 815 vstupem a diskrétní výstup s logickým vstupem výběrového bloku· Výstup výběrového bloku je pak zapojen na definiční vstup prvního upravovacího bloku, na jehož informační vwtup je připojen výstup čidla rychlosti majoritního mechanizmu. Výstup upravovacího bloku je spojen s rychlostním vstupem druhého upravovacího bloku, jehož výstup je zapojen na první informační vstup vyhodnocovacího bloku, k jehož druhému informačnímu vstupu je připojen výstup čidla úhlové rychlosti tahového mechanizmu a k třetímu informačnímu vstupu výstup integračního bloku. Výstup vyhodnocovacího bloku je paralelně spojen s odchylkovým vstupem integračního bloku a třetím signálovým vstupem prvého součtového bloku, čtvrtým definičním vstupem druhého součtového bloku a třetím inf&rmačním vstupem třetího součtového bloku regulačního systému tahu.- 3,260,815 input and discrete output with logic input of selection block · The output of the selection block is then connected to the definition input of the first treatment block, to whose information vwtup the output of the speed sensor of the majority mechanism is connected. The output of the conditioning block is coupled to the speed input of the second conditioning block, the output of which is connected to the first information input of the evaluation block, to the second information input of which the output of the angular velocity sensor is connected. The output of the evaluation block is connected in parallel with the deviation input of the integration block and the third signal input of the first sum block, the fourth definition input of the second sum block and the third information input of the third sum block of the thrust control system.

Přínosem zařízení podle vynálezu je podstatné zvýšení tlumení regulačního systému tahu, což má za následek udržení tahu i v dynamických stavech tahového mechanizmu. Tím se zvyšuje kvalita navíjení, např. vyválcovaného pásu,a tím i jeho geometrie a vnitřní struktura. Takto konstruovaný systém získává regulační robustnost, t.j, zachovává si své. regulační vlastnosti bez ohledu na změnu parametrů regulované soustavy.The benefit of the device according to the invention is a substantial increase in damping of the traction control system, which results in the traction being maintained even in dynamic states of the traction mechanism. This increases the quality of the winding, such as the rolled strip, and thus its geometry and inner structure. The system thus constructed acquires regulatory robustness, i.e., retains its own. Regulatory properties regardless of the change of parameters of the controlled system.

Zařízení k stabilizaci regulačního systému tahu navíjeného materiálu podle vynálezu je příkladně schematicky znázorněno blokovým schématem na připojeném výkresu.The device for stabilizing the tension control system of the wound material according to the invention is illustrated schematically by way of example in a block diagram in the accompanying drawing.

««

Zařízení podle vynálezu sestává z čidla 1.2 rychlosti majoritního mechanizmu 1 a čidla 2.2 úhlové rychlosti tahového mechanizmu 2, což jsou v daném případě ^J tachodynama. Dále zařízení podle vynálezu sestává z prvního upravovacího blokul3> tvořeného analogovou násobičkou, druhého upravovacího bloku 19, což je analogová dělička, výběrového bloku 14» což je v daném případě bez>kontaktní nebo kontaktní přepínač, integračního bloku 16, tvořeného operačním zesilovačem s kapacitní zpětnou vazbou, vyhodnocovacího bloku 17, což je opět operační zesilovač a řídícho bloku 18, tvořeného např. programovatelným mikropočítačem. Zařízení podle vynálezu pak navazuje na regulační systém tahu, který je tvořen čidlem 4»í tahu, což je např. tensometrická tlaková vložka, třemi součtovými bloky 5,6,7 sestavený/αί z operačních zesilovačů a převáděcím blokem 8, což je např. převodník napětí/proud. Nedílnou součástí regulačního systému tahu je též akční blok 9, což je v daném případě ventilový měnič včetně regulátoru kotevního proudu, čidlo 9.1 kotevního proudu, v daném případě se jedná o proudovýThe device according to the invention consists of a speed sensor 1.2 of the majority mechanism 1 and a sensor 2.2 of the angular speed of the tensile mechanism 2, which in this case are ^J tachodynamics. Further, the device according to the invention consists of a first treatment block 13 consisting of an analog multiplier, a second treatment block 19 which is an analog divider, a selection block 14, which in this case is without a contact or contact switch, an integration block 16 consisting of an operational amplifier the evaluation block 17, which is again an operational amplifier, and the control block 18, formed eg by a programmable microcomputer. The device according to the invention is then connected to a thrust control system consisting of a thrust transducer 4, such as a tensometric pressure insert, three additive blocks 5,6,7 assembled from operational amplifiers and a transfer block 8, e.g. voltage / current converter. An integral part of the draft control system is also action block 9, which in this case is a valve converter including anchor current regulator, anchor current sensor 9.1, in this case it is a current

- 4 260 815 transformátor, zesilovací blok 10, tvořený operačním zesilovačem, astatioký blok 11, což je opět operační zesilovač s kapacitní zpětnou vazbou a korekční blok 12, tvořený dvěma integračními zesilovači zapojenými v sérii. Majoritní mechanizmus í, v daném případě válcovací stolice, je ovládán poháněcím motorem í.l a tahový mechanizmus 2,např. navíječka,je ovládán poháněcím motorem 2.1 . Materiál 19 - pás- jez tahového mechanizmu 2 veden přes pomocné válečky jí »4 do majoritního mechanizmu I. Jednotlivé bloky 1.2, 2.2, 4.1 až 18 jsou· pak zapojeny následovně. První hodnotový výstup řídicího bloku 18 je spojen s definičním vstupem £ druhého upravovacího blolu 15, druhý hodnotový výstup W2 s prvním informačním vstupem , třetí hodnotový výstup W3 ⁸ druhým informačním vstupem n2 a diskrétní výstup m s logickým vstupem 1 výběrového bloku 14, jehož výstup je zapojen na definiční vstup k prvního upravovacího bloku 13, na jehož informační vstup £ je připojen výstup čidla 1.2 ry-chlosti poháněcího motoru 1.1 majoritního mechanizmu 1. Výstup upravovacího bloku 13 je spojen s rychlostním vstupem o druhého upravovacího bloku 15, jehož výstup je zapojen na první informační vstup vyhodnocovacího bloku 17, k jehož druhému informačnímu vstupu Γ2 j® připojen výstup čidla 2.2 poháněcího motoru 2.1 tahového mechanismu 2 a k třetímu informačnímu vstupu r^ výstup integračního bloku 16. Výstup vyhodnocovacího bloku 17 je paralelně spojen s odchylkovým vstupem £ integračního bloku 16 a třetím signálovým vstupem 33 prvého součtového.bloku 5, čtvrtým definičním vstupem d4 druhého součtového bloku 6 a třetin informačním vstupem hj třetího součtového bloku 7 regulačního systému tahu, na jehož druhý signální vstup a2 prvního součtového bloku 5, je zapojen výstup převáděcího bloku 8,. jehož informační vstup £ je připojen k výstupu čidla 4.1 tahu, umístěném na druhém pomocném válečku 4· První signálový vstup al prvního součtového bloku £ je spojen s ovládačem v nezakresleném ovládacím pultu. Výstup prvního součtového bloku 5 je pak paralelně zapojen na odchylkový vstup £ astatického bloku 11 a odchylkový vstup b zesilovacího bloku 10, jehož výstup je připojen jednak na první definiční vstup dj druhého součtového bloku 6 a jednak na první informační vstup hi třetího součtového bloku 7, jehož výstup je spojen se zadávacím vstupem i korekčního bloku 12, jehož integrační výstup v je připojen na čtvrtý informační vstup h4 třetího součtového bloku 2· Výstup astatického bloku 11 je pak paralelně, spojen s druhým informačním vstupem h2 třetího součtového bloku 2 a druhým definičním vstupem d2 druhého součtového4,260,815 a transformer, an amplification block 10 formed by an operational amplifier, an astatic block 11, which is again an operational amplifier with capacitive feedback, and a correction block 12 formed by two integration amplifiers connected in series. The majority mechanism 1, in this case the rolling mill, is controlled by the driving motor 1a and the traction mechanism 2, e.g. winder, it is controlled by a driving motor 2.1. Material 19 - belt of tension mechanism 2 led through auxiliary rollers »» 4 to the majority mechanism I. Individual blocks 1.2, 2.2, 4.1 to 18 are then connected as follows. The first value output of the control block 18 is connected to the definition input 6 of the second treatment unit 15, the second value output W2 with the first information input, the third value output W3 ^{8 with the} second information input n2, and the discrete output m with the logic input 1 of the selection block 14. to the definition input to the first conditioning block 13, to which the information input 6 is connected the output of the speed sensor of the drive motor 1.1 of the majority mechanism 1. The output of the conditioning block 13 is connected to the speed input o of the second conditioning block 15 whose output is connected to the information input of the evaluation block 17, to which the second information input Γ2 is connected the output of the sensor 2.2 of the drive motor 2.1 of the traction mechanism 2 and to the third information input r the output of the integration block 16. 16 and the third signal input 33 of the first sum block 5, the fourth definition input d4 of the second sum block 6, and thirds through the information input hj of the third sum block 7 of the thrust control system, to the second signal input a2 of the first sum block 5 ,. whose information input je is connected to the output of the thrust sensor 4.1, located on the second auxiliary roller 4. The output of the first sum block 5 is then connected in parallel to the deviation input 6 of the astatic block 11 and the deviation input b of the amplification block 10 whose output is connected both to the first definition input dj of the second sum block 6 and to the first information input hi of the third sum block 7. whose output is connected to the input input i of the correction block 12, whose integration output v is connected to the fourth information input h4 of the third sum block 2; the output of the astatic block 11 is then parallel, connected to the second information input h2 of the third sum block 2 and the second definition input d2 of the second total

260 815260 815

- 5 bloku 6, na jehož třetí definiční vstup d3 je zapojen derivační výstup u korekčního bloku 12· Výstup druhého součtového bloku 6 je připojen na zadávací vstup _e akčního bloku 2» jehož silový vstup £ je přes čidlo 9·! spojen s nezakreslenou napájecí, sítí, přičemž výstup čidla 9,Í kotevního proudu je zapojen na zpětnovazební vstup f akčního bloku 2» k jehož výstupu je připojen poháněči motor 2,½ tahového mechanizmu 2.5 of the block 6, on which the third definition input d3 is connected the derivation output of the correction block 12. The output of the second sum block 6 is connected to the input input e of the actuator block 2 whose power input 6 is via the sensor 9. The output of the anchor current sensor 9, 1 is connected to the feedback input of the actuator block 2, to the output of which the drive motor 2, of the traction mechanism 2, is connected.

Funkce zařízení podle vynálezu je následující. Signál na informačním vstupu j. prvního upravovacího bloku 13 je úrovňově upraven signálem na definičním vstupu k tak, aby výstup prvního upravovacího bloku 13 odpovídal s co největší přesností rychlosti materiálu 19, vstupujícího nebo vystupujícího z majoritního mechanizmu 1. K tomuto účelu slouží signály na informačních vstupech ηχ, ng výběrového bloku 14, odpovídající přirychlení,resp. zpoždění rychlosti materiálu 19 vůči rychlosti majoritního mechanizmu 1. Zda-li jde o přirychlení nebo zpoždění je definováno diskrétním výstupem m řídicího bloku 18. Zmíněná rychlost materiálu 19, přivedená na rychlostní vstup o druhého upravovacího bloku 15, je zde upravená pomocí signálu na definičním vstupu jo, dle příslušného okamžitého průměru materiálu 12, navinutého na tahovém mechanizmu 2. Výstupní signál z druhého upravovacího bloku 15, který již odpovídá s jistou přesností potřebné úhlové rychlosti tahového mechanizmu 2,je porovnáván se skutečnou úhlovou rychlostí tohoto tahového mechanizmu 2 a současně je upravován výstupním signálem integračního bloku 16, který tak koriguje nenulovou odchylku v ustáleném stavu zmíněných dvou signálů na nulu. Výstupní signál vyhodnocovacího bloku 17 v sobě vedle oddbylky rychlosti zahrnuje ještě navíc její derivaci, t.j. zrychlení. Obě informace jsou použity k výraznému tlumení regulačního systému tahu, a to jejich převedením na první až třetí součtový blok 5,6,2 zmíněného regulačního systému.The function of the device according to the invention is as follows. The signal at the information input 1 of the first conditioning block 13 is level-adjusted by the signal at the definition input k so that the output of the first conditioning block 13 corresponds with the highest speed accuracy of the material 19 entering or exiting the majority mechanism 1. inputs ηχ, ng of selection block 14, corresponding to acceleration, resp. a delay of the speed of the material 19 relative to the speed of the majority mechanism 1. Whether it is an acceleration or delay is defined by the discrete output m of the control block 18. The speed of the material 19 applied to the speed input of the second conditioning block 15 is adjusted here by a signal at the definition input yes, according to the respective instantaneous diameter of the material 12 wound on the tensile mechanism 2. The output signal from the second conditioning block 15, which already corresponds with a certain accuracy to the required angular velocity of the tensile mechanism 2, is compared with the actual angular velocity the output signal of the integration block 16, which thus corrects the non-zero steady state deviation of the two signals to zero. The output signal of the evaluation block 17 includes, in addition to the velocity deviation, an additional derivative thereof, i.e. acceleration. Both information is used to significantly dampen the thrust control system by converting it to the first to third sum block 5, 6, 2 of said control system.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

260 815

An apparatus for stabilizing the winding material tension control system consisting of a major mechanism speed sensor, a tensile mechanism angular velocity sensor, two conditioning blocks, a selection block, an integration block, an evaluation block and a control block, characterized in that the first value output (w? f) the control block (18) is connected to the definition input (p) of the second conditioning block (15), the second value output (w2) with the first information input (n ^), the third value output (wj) with the second information input (n2) and a discrete output (m) with a logic input (1) of the sampling block (14), the output of which is connected to the definition input (k) of the first conditioning block (13), to which the input of the speed sensor (1.2) is connected of the majority mechanism (df) and whose output is connected to the speed input (o) of the second conditioning block (15), the output of which is the input (rj) of the evaluation block (17), to which the second information input (r2) is connected the sensor output (2.2) of the angular velocity of the traction mechanism (2) and the third information input (r ^) the output of the integration block (16); the output of the evaluation block (17) 'is connected in parallel to the deviation input (s) of the integration block (16) and the third signal input (a>) of the first sum block (5), the fourth definition input (d ^) of the second sum block (6); by the third information input (I13) of the third sum block (7) of the thrust control system.