DE1293115B

DE1293115B - Einrichtung zur Regelung der Dicke eines Halbzeugs

Info

Publication number: DE1293115B
Application number: DE1958R0024106
Authority: DE
Inventors: Cross Gerrard; Huntley Keith Gordon
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1957-09-26
Filing date: 1958-09-26
Publication date: 1969-04-24
Also published as: BE571538A; GB901182A; FR1210298A

Description

Walzengerüst austretenden Bandmaterials, auf einen 5 eine dritte Meßvorrichtung vorgesehen ist, die die vorgegebenen Wert mit einer auf die Austrittsdicke Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors abtastet und ansprechenden Meßeinrichtung und mit einer von
dieser beeinflußten Steuereinrichtung zur Einstellung

eines die Austrittsdicke bestimmenden Stellglieds

tentschrift 2 687 052), mit dem ein langgestrecktes, sich laufend verjüngendes Halbzeug hergestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß durch eine

ein dieser Verstellgeschwindigkeit entsprechendes Signal abgibt,und daß dem anderen Eingang des Komparatorverstärkers ein Signal zugeführt ist, das dem

der Maschine. io Quotienten aus dem die Verstellgeschwindigkeit des

Es ist bereits ein Walzengerüst bekannt (USA.-Pa- Stellmotors repräsentierenden Signal und dem die

Geschwindigkeit des aus den Walzen austretenden Materials repräsentierenden Signal entspricht. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Vererste Meßeinrichtung fortlaufend die Dicke des aus- 15 Stellgeschwindigkeit des Motors und damit die Getretenden Halbzeugs und mit einer zweiten Meß- schwindigkeit der Banddickenregelung in Abhängigeinrichtung fortlaufend die Länge des bereits aus- keit von der Bandaustrittsgeschwindigkeit vorgenomgetretenen Halbzeugs gemessen wird und die durch men wird, wodurch eine genaue und stabile Regelung diese beiden Meßeinrichtungen erhaltenen Signale trotz Änderungen in der Bandaustrittsgeschwindigkeit fortlaufend miteinander verglichen werden. Die Dicke 20 erreicht wird.

des Walzspalts im Walzengerüst wird sodann ent- Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungssprechend der Differenz zwischen diesen beiden beispielen unter Hinweis auf die Figuren näher Signalen geregelt. erläutert.

Solche bekannten Einrichtungen haben jedoch F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaubild eines

den Nachteil, daß wegen des Abstandes, der zwischen 25 bekannten Regelsystems;

dem Walzengerüst und dem Dickenmeßgerät vor- Fi g. 2 zeigt ein Blockschaubild des Servomechanis-

handen sein muß, unvermeidlich eine Zeitverzöge- mus des Systems nach Fig. 1; rung in der Servoschleife zwischen dem Dickenmeß- Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Form der Fig. 2;

gerät und dem Stellmotor für das Walzengerüst auf- F i g. 4 zeigt eine vereinfachte, F i g. 3 entsprechende

tritt. Diese Zeitverzögerung verändert sich umgekehrt 30 Anordnung eines Systems nach der Erfindung; proportional zu der Geschwindigkeit, mit der das F i g. 5 zeigt ein Blockschaubild einer mehr ins

gewalzte Band aus dem Walzspalt austritt. Das hat einzelne gehenden Einrichtung eines Systems nach zur Folge, daß sich eine äußerst schlechte Regelung der Erfindung;

der Dicke des gewalzten Bandes ergibt, wenn sich F i g. 6 zeigt eine Alternative zu einem Teil der

die Geschwindigkeit, mit der das gewalzte Band aus 35 Einrichtung nach F i g. 5;

dem Walzengerüst austritt, ändert. In der Praxis F i g. 7 zeigt ein Beispiel für die Wirkungsweise

eines Teils der in F i g. 5 dargestellten Einrichtung; F i g. 8 zeigt ein Schaltbild für einen Verstärker, der einem Teil der F i g. 6 entspricht. 40 In F i g. 1 ist ein Walzengerüst 1 eines Bandwalzwerkes dargestellt, das Walzen 2, einen Spindelmotor und einen Spindelführungsmechanismus 3 aufweist, in das ein Band 4 eingeführt und ein Band 5 ausgeführt wird und das mit einer Profilwalze 6 stabil regelt und dessen Regelwirkung bei hohen 45 und einer Dickenmeßeinrichtung 7 versehen ist, welche Bandaustrittsgeschwindigkeiten ebensogut ist wie bei ein Signal erzeugt, das in einer Steuereinrichtung 8 niedrigen Bandaustrittsgeschwindigkeiten. in der Rückkopplungsschleife verstärkt wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der In F i g. 2 ist ebenfalls das eintretende Band mit 4

obengenannten Art gelöst, die erfindungsgemäß ge- und das austretende Band mit 5 angedeutet. Der kennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die die 5° Zeitverzug ist durch 9 angezeigt, und ebenso ist Ansprechempfindlichkeit der Steuereinrichtung auf die Meßeinrichtung 7, die Steuereinrichtung 8 und die Steuersignale der Meßeinrichtung direkt pro- _, der Motor 3, der die Belastung darstellt, in der Rückportional zur Austrittsgeschwindigkeit des Halbzeugs kopplungsschleife gezeigt.

ändert. --=^-" Die Ubergangscharakteristik der Steuereinrich-

Vorzugsweise wird die Regelung dieser Vorrich- 55tung8, der Belastung 3 und der Meßeinrichtung 7, tung noch verfeinert durch eine Regeleinrichtung die in Serie geschaltet*sind, kann dargestellt werden mit einem Reversier-Stellmotor, der den Abstand durch KG{p). Hier ist K die Verstärkungskonstante von zwei Walzen, aus denen das Band austritt, festlegt, und G (p) eine rationale Funktion. F i g. 2 kann zu mit einer Dickenmeßeinrichtung für das austretende der in F i g. 3 dargestellten Form vereinfacht werden, Band, die ein der Istdicke entsprechendes Signal ^6o in der X₁-(J) die Dicke des eintretenden Bandes und abgibt, mit einer in Laufrichtung des Bandes hinter X₀(I) die Dicke des austretenden Bandes und ρ eine

wurde festgestellt, daß Regelsysteme dieser Art ohne Berücksichtigung der sich im Betrieb ändernden Bandaustrittsgeschwindigkeit instabil werden, wenn diese Austrittsgeschwindigkeit verringert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung der Dicke eines Halbzeugs anzugeben, das über einen weiten Bereich von Bandaustrittsgeschwindigkeiten

der Dickenmeßeinrichtung angeordneten Meßeinrichtung für die Austrittsgeschwindigkeit des Bandes, die ein dieser Geschwindigkeit entsprechendes Signal abgibt, und mit einem Komparatorvcrstärker, dessen einem Eingang das der Istdicke des Bandes entsprechende Signal und dessen anderem Eingang das der Austritlsgeschwindigkeit des Bandes entsprechende

komplexe Variable ist. Durch Anwendung der üblichen
Rückkopplungslheorie ergibt sich die Ubergangsfunktion des Systems zu

(I +e

Die Dicke des austretenden Bandes ergibt sich hiernach zu:

X₀ (O =

Hierbei ist

x-(p)-e

- ρ-_τ

= L [X

In Gleichung 2 ist die Dicke des austretenden Bandes in Abhängigkeit von der unabhängigen Variablen t ausgedrückt. Gewünscht ist jedoch der Fehler in der Banddicke, ausgedrückt als Funktion und daher nicht leicht zu ändern. Aber die Verstärkungskonstante kann nach Wunsch elektrisch geändert werden. Es wird daher eine Annäherung an das gewünschte Verhalten erzielt, indem man Mittel vorsieht, um die Verstärkungskonstante proportional zur Geschwindigkeit des Walzwerks zu ändern. Eine vereinfachte Form einer solchen Einrichtung ist in F i g. 4 dargestellt, wo 10 einen Analogmultiplikator anzeigt und 11 einen Tachometer oder einen Tachogenerator, der mit der Welle der Profilwalze 6 verbunden ist, um eine Geschwindigkeit proportional zur Bandgeschwindigkeit zu erzeugen (Θ = k₂v).

Wie sich aus dem obigen ergibt, kann ein System des Typs 2 korrigiert werden, indem man die Ver-

des linearen Abstandes des austretenden Bandes. 15 Stärkung in der Regelschleife proportional zum Qua-

Diese neue unabhängige Variable stand — wäre mit s bezeichnet, ds

also der Ab-

des austretenden Bandes und s = rf, wenn

= 0.

Es ist dann ν = -4- die lineare Geschwindigkeit

dr df

Die Anwendung einer Laplace-Transformation auf die Funktionen der neuen Variablen s transformiert die Funktionen in eine neue komplexe Ebene, die durch X = 4" definiert ist. Das ergibt

L !/(S)I = J(X).

Gleichung

( X₀(S)} Xx₁(S)!

drat der Bandgeschwindigkeit regelt usw. für Systeme höherer Ordnung.

Es ist bisher angenommen worden, daß ausschließlich viskose Reibung oder seine Äquivalente in dem 20 mechanischen System vorhanden sind, so daß die Rückkopplungsschleife betrachtet werden kann, als schließe sie einen vollkommenen Integrator in sich ein. In der Praxis ist das nicht so. Tatsächlich ergibt sich ein stationärer Lagefehler, der besonders bedenk-25 lieh in seiner Wirkung ist, wenn die Verstärkungskonstante vermindert wird, d. h., wenn die Walzwerkgeschwindigkeit vermindert wird. Diese Schwierigkeit kann im wesentlichen überwunden werden, indem man eine entsprechende Verstärkungsregelung in kann nun umgeschrieben werden zu 30 einer weiteren Tacho-Rückkopplungsschleife einbaut.

Das ist in F i g. 5 dargestellt, in der 12 den zusätzlichen Tachogenerator bezeichnet, der von dem Walzwerk (angezeigt durch 3A) betrieben wird. 13 ist ein Analogdividierer, und 14 ist ein Stromverstärker.

In dieser Anordnung muß der Rückkopplungsfaktor umgekehrt zu ν variieren, und aus diesem Grunde ist der Analogdividierer erforderlich.

Eine alternative Anordnung, in der der Analogdividierer ersetzt ist, ist in F i g. 6 dargestellt, in der Tachogeneratoren mit Feldwindungen benutzt sind.

Wie in F i g. 6 dargestellt, bilden der erste Tachogenerator 11, der Stromverstärker 14 und ein Komparatorverstärker 15, deren Eingang 16 an einem

K ■ H(X)]

wobei S der Abstand zwischen den Walzen 2 und dem dicken Meßgerät 7 ist.

x_o(s) == x₀ (f),

X₁(S) =X[(t),

H(X) = G(p).

Es ist zu ersehen, daß die Ubergangsfunktion des Systems, wie sie nunmehr in Gleichung 4 ausgedrückt

ist, unabhängig von ν ist, vorausgesetzt, daß H(X)

ebenfalls unabhängig von ν ist. In Übereinstimmung 45 Bezugspotential liegt, eine negative Rückkopplungsmit der Erfindung sind Mittel in der Rückkopplungs- schleife, während 17 die Rückkopplung zum Punkt X

schleife vorgesehen, durch die eine Annäherung an diese Unabhängigkeit erzielt wird.

Nunmehr sei ein einfaches
betrachtet. Es ist dann

System des Typs

^{C(/>) =} Terror

wobei τ,,, eine Motorzeitkonstante ist und

H(X)

ν · X(\ +v ■ X · t,„) ' in F i g. 5 darstellt. Wie ersichtlich sind die Windungen HA und 12 Λ der Tachogeneratoren mit dem Stromverstärker 14 verbunden. Wenn die Verstärkung in den Verstärkern 14 und 15 hoch ist, stabilisiert sich die Schaltung selbst, so daß die Ausgangsspannung des Tachogenerators 11 gleich und entgegengesetzt zum Bezugspotential bei 16 ist. Die Ausgangsspannung des Tachogenerators 11 ist jedoch proportional zum Produkt seines Feldstroms und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle der Profilwalze 6, und daher verändert sich der Feldstrom

wie -. Da die Feldwindung 12 A des anderen Tacho-

Es ist zu bemerken, daß H(X) nicht unabhängig 60 generators 12 in Serie mit der Feldwindung IiA von υ ist, daß es aber unabhängig gemacht werden geschaltet ist, verändert sich seine Empfindlichkeit

kann, wenn

1. eine Verstärkungskonstante proportional zu ν vorgesehen wird und wenn

2. T₁₁₁ sich umgekehrt proportional zu ν verändert.

T_1n ist bestimmt durch das mechanische System ebenfalls wie , und daher ist diese Anordnung

äquivalent zu dem Analogdividierer nach F i g. 5. Die Wirkung der Tachogeneratorschleife in F i g. 5 soll durch ein Beispiel gezeigt werden. Ein äquivalentes Diagramm ist in F i g. 7 dargestellt, in dem 18 den Regler und den Motor repräsentiert und 19 den

Tachogenerator und den Analogdividierer. Die Ubergangsfunktion von 18 ist

p(\+p-r) '

und die Ubergangsfunktion von 19 ist (ß ■ p).
Die Gesamtübergangsfunktion ergibt sich zu

1 +

Ist /( » I, variiert die Verstärkungskonstante proportional zu τ . Wegen des Analogdividierers

ist jedoch β χ --, und die Verstärkung verändert

sich wie die Bandgeschwindigkeit, wie es gewünscht ist. Zusätzlich ist zu bemerken, daß der Pol an der

Stelle — durch die Rückkopplung derart modifiziert

ist, daß die effektive Zeitkonstante um den Faktor (1 +/1 ■ ß) vermindert wird. Dies steht in Übereinstimmung mit der bekannten Rückkopplungstheorie. Im allgemeinen ist der Effekt, daß die Phasenverschiebung rings der gesamten Servoscltfeife vermindert wird und daß sich daher der Stabilitätsbereich des Systems vergrößert.

Als ein weiteres, etwas komplizierteres Beispiel sei angenommen, daß die Ubergangsfunktion von 18 in F i g. 7 mehrere Nullstellen und Pole aufweist. In diesem Fall muß die Rückkopplungsschleife nach F i g. 7 sehr sorgfältig dimensioniert sein, um Stabilität zu gewährleisten. Durch geeignete Vorkehrungen ergibt sich auch der Effekt, daß eine Verstärkungskonstante entsteht, die sich umgekehrt zu ν verändert, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, wie dies erforderlich ist. Das gleiche Resultat ergibt sich auch selbst dann, wenn der Regler nichtlineare Elemente enthält, z. B. Relais.

In einer anderen Ausbildungsform der Erfindung kann die Tachogenerator-Rückkopplungsschleife durch eine lineare Regelung der Auslaufgeschwindigkeit des Spindelmotors proportional zur Bandgeschwindigkeit ersetzt werden. Hierdurch ergibt sich eine Verstärkungskonstante für das System, die proportional zur Bandgeschwindigkeit ist. Eine derartige Regelung kann auf vielerlei Weise erzielt werden. Beispielsweise kann eine Profilwalze einen Tachogenerator antreiben, dessen Ausgang an einen Geschwindigkeitsregler für den Motor angeschlossen wird.

F i g. 8 zeigt ein Schaltbild eines Verstärkers entsprechend dem in F i g. 6 dargestellten mit der Ausnahme, daß der Verstärker 15 entfallen ist. Das Bezugspotential bei 16 wird nunmehr unmittelbar von dem Ausgang des Tachogenerators 11 subtrahiert, und das Ergebnis wird dem Verstärker 14 zugeführt.

Das Bezugspotential wird in der Anordnung nach

F i g. 8 von R V1 erhalten und dem Tachogenerator 11 zugeführt, dessen resultierender Ausgang der ersten Stufe Q1 des Verstärkers 14 zugeführt wird. Q1 ist eine Transistorverstärkerstufe. Dl, R4 ist eine Gleichstromkopplungsstufe mit einer Zenerdiode. Ql ist eine andere Transistorverstärkerstufe mit Strom-Zuführungen zu den Feldwicklungen HA und HA des Tachogenerators. 17 ist der Ausgang zum Rückkopplungspunkt in Fig, 5. D3 ist eine andere Zenerdiode zur Verminderung der Hochspannung an Ql.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Dicke eines in einer Maschine hergestellten und laufend aus ihr austretenden, langgestreckten Halbzeugs, z. B. zur Dickenregelung aus einem Walzengerüst austretenden Bandmaterials, auf einen vorgegebenen Wert mit einer auf die Austrittsdicke ansprechenden Meßeinrichtung und mit einer von dieser beeinflußten Steuereinrichtung zur Einstellung eines die Austrittsdicke bestimmenden Stellglieds der Maschine, gekennzeichnetdurch eine Einrichtung (10, 11), die die Ansprechempfindlichkeit der Steuereinrichtung (8) auf die Steuersignale der Meßeinrichtung (7) direkt proportional zur Austrittsgeschwindigkeit des Halbzeugs (5) ändert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Reversierstellmotor, der den Abstand von zwei Walzen, aus denen das Band austritt, festlegt, mit einer Dickenmeßeinrichtung für das austretende Band, die ein der Istdicke entsprechendes Signal abgibt, mit einer in Laufrichtung des Bandes hinter der Dickenmeßeinrichtung angeordneten Meßeinrichtung für die Austrittsgeschwindigkeit des Bandes, die ein dieser Geschwindigkeit entsprechendes Signal abgibt, und mit einem Komparatorverstärker, dessen einem Eingang das der Istdicke des Bandes entsprechende Signal und dessen anderem Eingang das der Austrittsgeschwindigkeit des Bandes entsprechende Signal zugeführt ist und dessen Ausgangssignal je nach seinem Vorzeichen die Einschaltung des Stellmotors im einen oder anderen Drehsinn steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Meßvorrichtung (12) vorgesehen ist, die die Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors (3) abtastet und ein dieser Verstellgeschwindigkeit entsprechendes Signal abgibt, und daß dem anderen Eingang des Komparatorverstärkers (14) ein Signal zugeführt ist, das dem Quotienten aus dem die Verstellgeschwindigkeit des Stellmotors repräsentierenden Signal und dem die Geschwindigkeit des aus den Walzen austretenden Materials repräsentierenden Signal entspricht.

5°

55

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen