用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置，通過采集多塔式立式活套各個子活套的實(shí)時套量位置，計(jì)算用于調(diào)平套量的包括帶速度斜坡的輔助輥補(bǔ)償速度，該補(bǔ)償速度可平穩(wěn)地調(diào)節(jié)各個活套套量并與各個子活套的卷揚(yáng)驅(qū)動電機(jī)的速度設(shè)定及轉(zhuǎn)矩限幅設(shè)定相互獨(dú)立，后者只用于建立子活套張力并使其保持恒定，所以本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了位置平衡的平滑調(diào)節(jié)，以及與張力控制的完全解耦。
【專利說明】用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種冶金自動化領(lǐng)域，更具體地來說，特別是涉及冷軋?zhí)幚砑夹g(shù)過程中對于活套的控制方法以及控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，不斷出現(xiàn)一些較復(fù)雜的設(shè)備或裝置，這些設(shè)備或裝置的本身所要求的被控制參數(shù)往往較多，因此，必須設(shè)置多個控制回路對該種設(shè)備進(jìn)行控制。由于控制回路的增加，往往會在它們之間造成相互影響的耦合作用，也即系統(tǒng)中每一個控制回路的輸入信號對所有回路的輸出都會有影響，而每一個回路的輸出又會受到所有輸入的作用。要想一個輸入只去控制一個輸出幾乎不可能，這就構(gòu)成了“耦合”系統(tǒng)。由于耦合關(guān)系，往往使系統(tǒng)難于控制、性能下降。
[0003]在冶金領(lǐng)域，就存在復(fù)雜的控制系統(tǒng)，活套控制就是其中之一。在冷軋技術(shù)中，活套從結(jié)構(gòu)形式上來分，有臥式活套和立式活套之分。其中，活套由活套小車、鋼繩卷筒及傳動裝置組成，并通過滑輪和鋼繩卷筒，由電機(jī)驅(qū)動。在高速連續(xù)處理機(jī)組，如高速連續(xù)退火機(jī)組中，對活套的帶鋼儲備容量要求較大。但若采用單臺活套小車，其體積較大的機(jī)械設(shè)備會增加制造難度和控制難度，因此往往采用由多個活套小車構(gòu)成的多塔式立式活套結(jié)構(gòu)。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，對活套的控制無非涉及活套的位置及張力的控制，然而傳統(tǒng)的活套位置平衡控制技術(shù)是通過控制活套卷揚(yáng)電機(jī)的速度或轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，而且其調(diào)節(jié)器多采用比例積分調(diào)節(jié)器，這樣在活套調(diào)平的過程中，活套內(nèi)帶鋼張力受到了影響，也即存在耦合作用。尤其是在調(diào)節(jié)開始階段沖擊較大，以上所述技術(shù)方案或方法都會降低活套張力控制性能。因此，如何實(shí)現(xiàn)對多塔式立式活套內(nèi)帶鋼張力和活套間的位置同步的解耦控制以及如何實(shí)現(xiàn)在活套位置平滑調(diào)節(jié)的過程中時刻保持活套內(nèi)帶鋼張力的穩(wěn)定就成了本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦控制技術(shù)和控制裝置，用以實(shí)現(xiàn)對多塔式活套的各個子活套位置的帶速度斜坡的同步控制和實(shí)現(xiàn)與活套內(nèi)的帶鋼恒張力控制的解耦，進(jìn)而來解決現(xiàn)有技術(shù)中如何實(shí)現(xiàn)對多塔式立式活套內(nèi)帶鋼張力和活套間的位置同步的解耦控制以及如何實(shí)現(xiàn)在活套位置平滑調(diào)節(jié)的過程中時刻保持活套內(nèi)帶鋼張力穩(wěn)定的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0007]—種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，應(yīng)用于包括多個子活套的多塔式立式活套中，其中，每個子活套內(nèi)包括多個輔助轉(zhuǎn)向輥和用于實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼恒張力控制的卷揚(yáng)機(jī)，所述方法包括以下步驟:偵測整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度；響應(yīng)于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據(jù)整個活套的帶鋼層數(shù)及各子活套的當(dāng)前參數(shù)及其的卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)，計(jì)算得到該各子活套卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度和電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)對每個子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制；偵測各子活套的實(shí)時位置，并取該各子活套的實(shí)時位置的平均值作為該多塔式立式活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值；響應(yīng)于該各子活套的實(shí)時位置和該位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值，并依據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)平速度斜坡的斜率值和各子活套對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號，計(jì)算得到子活套內(nèi)各個輔助轉(zhuǎn)向輥的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值；響應(yīng)于該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值，子活套內(nèi)的各輔助輥的設(shè)定速度受控于不考慮位置調(diào)平時的各輔輥處的帶鋼速度值與該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值之和。
[0008]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度為:
Γ ? ?vCsetriCbi
[0009]Tlcset — ——~，
[0010]式中，獲取卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)包括卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓的圓周長JID。、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比U及卷揚(yáng)纜繩數(shù)量ru和卷揚(yáng)設(shè)定線速度v_t。
[0011]進(jìn)一步地，在以上技術(shù)方案中，該卷揚(yáng)設(shè)定線速度為:
[0012]Vcset = Vcth+Vcof^
[0013]預(yù)設(shè)卷揚(yáng)機(jī)的偏置速度Vraf，并依據(jù)該整個活套的帶鋼層數(shù)及入口帶鋼速度和出口帶鋼速度計(jì)算得到卷揚(yáng)機(jī)的理論線速度，計(jì)算公式為:
一ven~vex
[0014]vrth - ~~ ，
打S
[0015]其中，該Vm為整個活套入口側(cè)帶鋼速度，Vex為整個活套出口側(cè)帶鋼速度，ns為整個活套的帶鋼層數(shù)。
[0016]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩為:
rIItyf_ Tse^TlsiDc
[0017]Climp 100xncb0，
[0018]式中，獲取子活套的當(dāng)前參數(shù)為活套帶鋼張力設(shè)定值Tsrt和該卷揚(yáng)機(jī)對應(yīng)子活套的帶鋼層數(shù)nsi，并獲取該子活套對應(yīng)卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)為卷揚(yáng)電機(jī)效率η、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比1、及卷揚(yáng)纜繩數(shù)量和卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓直徑D。。
[0019]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值為:
[0020]I)子活套出口側(cè):
[0021]Vi — 3Oas X (t + J-~4(p:ct Pre/))，
[0022]2)子活套入口側(cè):
[0023]Ki = SOasX^tT /2-
[0024]取該Vi的合理值，其中，as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間,Piaet為第i個子活套的實(shí)時位置，Pm為活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值。其中，該合理值應(yīng)具體為\的兩個取值之一，相應(yīng)地，被舍棄的那一個值應(yīng)該為與現(xiàn)場工況明顯不符的數(shù)值。
[0025]進(jìn)一步地，在以上所述技術(shù)方案中，該活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值為:
[0026]pref —?
[0027]式中，piac;t為第i個子活套實(shí)際位置，η為子活套個數(shù)。
[0028]另外，本發(fā)明還提供了一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，應(yīng)用于包括多個子活套的多塔式立式活套控制系統(tǒng)中，其中，每個子活套內(nèi)包括多個輔助轉(zhuǎn)向輥和用于實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼恒張力控制的卷揚(yáng)機(jī)，所述解耦裝置包括:套量位置傳感器，設(shè)置于每個子活套卷揚(yáng)機(jī)輸出軸上，用以偵測各子活套的實(shí)時位置；平均套量位置計(jì)算器，連接于所述每個子活套對應(yīng)的套量位置傳感器，獲取該各子活套的實(shí)時位置并計(jì)算得到該各子活套的實(shí)時位置的平均值以作為該多塔式立式活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值；連接位置帶鋼流速計(jì)算器，連接于所述平均套量位置計(jì)算器，用以接收該調(diào)節(jié)目標(biāo)值和各個子活套當(dāng)前實(shí)際位置值，并利用偵測到的整個活套入、出口帶鋼運(yùn)行速度和活套層數(shù)，依據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)平速度斜坡的斜率值計(jì)算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速；輔助輥補(bǔ)償速度控制器，連接于所述連接位置帶鋼流速計(jì)算器，用以接收該最終帶鋼流速，并依據(jù)各子活套對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號，計(jì)算得到子活套內(nèi)各個輔助轉(zhuǎn)向輥的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值；子活套張力控制器，用以響應(yīng)于該整個活套的帶鋼層數(shù)及出口帶鋼速度和入口帶鋼速度，并依據(jù)各子活套的當(dāng)前參數(shù)及其卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)，計(jì)算得到該卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度和電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)對每個子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制；輔助輥和子活套卷揚(yáng)傳動控制器，連接于所述子活套張力控制器和輔助輥補(bǔ)償速度控制器，用以響應(yīng)于該電機(jī)設(shè)定速度、電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩、及帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值，并采用矢量控制技術(shù)或直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)計(jì)算得到用于實(shí)時控制交流調(diào)速電機(jī)的三相電壓值并予以輸出，以完成對各子活套位置的帶速度斜坡的調(diào)平和對各子活套內(nèi)帶鋼張力的恒張力控制。
[0029]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置中，所述套量位置傳感器為絕對值編碼器。
[0030]如上所述，本發(fā)明通過控制多塔式立式活套的每個子活套卷揚(yáng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼張力的恒張力控制，卷揚(yáng)電機(jī)的設(shè)定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數(shù)等計(jì)算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設(shè)定值始終大于實(shí)際值；同時，其正向轉(zhuǎn)矩限幅等于由活套帶鋼設(shè)定張力、活套層數(shù)、卷揚(yáng)直徑、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比等計(jì)算得到的電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩。通過以上這兩個措施，實(shí)現(xiàn)對每個子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制，同時與子活套的位置同步解耦。與此同時，本發(fā)明還根據(jù)各個子活套的實(shí)時位置計(jì)算多塔活套的平均位置，此平均位置即為各個子活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)，通過此目標(biāo)值、當(dāng)前實(shí)際位置值、預(yù)設(shè)定的調(diào)平速度斜坡的斜率值、對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號計(jì)算得到子活套內(nèi)各個輔助轉(zhuǎn)向輥的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值；而子活套內(nèi)的各個輔助轉(zhuǎn)向輥采用速度控制模式，其速度設(shè)定值等于不考慮調(diào)平時的各輔輥處的帶鋼速度值與計(jì)算得到的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值之和，通過此措施，實(shí)現(xiàn)與子活套內(nèi)帶鋼張力控制的解耦。
[0031]簡單地來說，本發(fā)明是通過調(diào)節(jié)活套卷揚(yáng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制；通過調(diào)節(jié)活套內(nèi)輔助轉(zhuǎn)向輥補(bǔ)償速度實(shí)現(xiàn)各個子活套的位置平衡，其中，輔助轉(zhuǎn)向輥的補(bǔ)償速度包含速度斜坡，且與張力控制解耦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1顯示為本發(fā)明一實(shí)施例中的多塔式立式活套位置平衡與張力解耦斜坡控制技術(shù)流程圖。
[0033]圖2顯示為本發(fā)明一實(shí)施例中的多塔式立式活套位置平衡與張力解耦斜坡控制裝置結(jié)構(gòu)圖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0035]需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0036]需要進(jìn)一步說明的是,在立式活套中至少包括有單塔立式活套、雙塔立式活套、及三塔立式活套，其中，雙塔立式活套和三塔立式活套統(tǒng)稱為多塔式立式活套，由于單塔立式活套不存在活套的位置平衡，故本發(fā)明主要是針對雙塔立式活套及三塔立式活套中活套的位置平衡和張力控制的解耦，下面將“多塔式立式活套”簡稱為“立式活套”，以方便論述。
[0037]另外，本發(fā)明目的是找到一種控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對立式活套的各個子活套位置的帶速度斜坡的同步控制，并實(shí)現(xiàn)與活套內(nèi)的帶鋼恒張力控制的解耦。需要理解地是，此技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提是:在立式活套的每個子活套內(nèi)的定滑輪側(cè)配置多套帶調(diào)速電機(jī)驅(qū)動的活套輔助轉(zhuǎn)向輥。而且，在下文中，凡是涉及本領(lǐng)域內(nèi)所公知的以及技術(shù)人員所常用的一些技術(shù)手段將不予詳細(xì)說明，實(shí)施例的目的在于重點(diǎn)闡述和說明本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)。
[0038]下面將以實(shí)施例的方式來進(jìn)一步闡述本發(fā)明，示例中將分別以雙塔立式活套和三塔立式活套為例來進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在以下實(shí)施例的基礎(chǔ)上完全足以理解和清楚本發(fā)明的技術(shù)方案，并且可以在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下實(shí)施與本發(fā)明類似或等同的且也包括在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的技術(shù)方案。
[0039]參考圖1所示，本發(fā)明揭示了用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，包括如下的步驟:
[0040]10.采用安裝于每個子活套卷揚(yáng)機(jī)輸出軸上的絕對值編碼器實(shí)時檢測每個子活套的套量位置；
[0041]11.通過控制立式活套的每個子活套卷揚(yáng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼張力的恒張力控制。卷揚(yáng)電機(jī)的設(shè)定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數(shù)等計(jì)算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設(shè)定值始終大于實(shí)際值。同時，其正向轉(zhuǎn)矩限幅等于由活套帶鋼設(shè)定張力、活套層數(shù)、卷揚(yáng)直徑、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比等計(jì)算得到的電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩。在一個實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
[0042]計(jì)算卷揚(yáng)電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速為(單位:r/min):
^en — ^ex
[0043]VctU = ---
[0044]Vcset = vcth+vcof
^cset^ch^
[0045]Ucset =
[0046]其中，
[0047]Vm為整個活套入口側(cè)帶鋼速度,單位為m/min ；
[0048]vex為整個活套出口側(cè)帶鋼速度，單位為m/min ；
[0049]ns為整個活套的帶鋼層數(shù)；
[0050]Vcth為活套車?yán)碚撍俣?單位為m/min ；
[0051]Vcof為預(yù)設(shè)定的偏置速度,單位為m/min ；
[0052]Vcset為活套車設(shè)定速度,單位為m/min ；
[0053]ncb為卷揚(yáng)纜繩數(shù)量；
[0054]i為卷揚(yáng)減速機(jī)減速比；
[0055]Dc為卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓直徑,單位為m。
[0056]計(jì)算卷揚(yáng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限幅值為(單位為N.m):
[0057]= 100xncbLr1
[0058]其中，
[0059]Tset為活套帶鋼張力設(shè)定值，單位為kN ；
[0060]nsi為對應(yīng)子活套的帶鋼層數(shù)；
[0061]η為卷揚(yáng)電機(jī)效率。
[0062]12.通過套量傳感器讀取各個子活套的實(shí)時位置并計(jì)算立式活套的平均位置，將此平均位置作為各個子活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)。在一個實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
[0063]計(jì)算的平均套量為(單位:m):
[0064]pref =
[0065]其中，
[0066]Piact為第i個子活套實(shí)際位置,單位為m ；
[0067]η為子活套個數(shù)。
[0068]13.通過調(diào)節(jié)目標(biāo)值、各個子活套當(dāng)前實(shí)際位置值、預(yù)設(shè)定的調(diào)平速度斜坡的斜率值計(jì)算每個子活套連接位置處用于調(diào)平的帶鋼流速，進(jìn)而根據(jù)整個活套入、出口帶鋼運(yùn)行速度和活套層數(shù)等計(jì)算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速。
[0069]I)用于調(diào)平的帶鋼流速計(jì)算
[0070]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下(取其合理值):.,-- ( -r-卜2 — ^{.Plact ~ ^ref)\
[0071]^iex..pos = 30? X t+ -—--1
[0072]V2enjos = Vlexjos
[0073]其中，
[0074]as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0075]t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間，單位為S。
[0076]Vlexjos為一號子活套出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0077]V2enjos為二號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0078]應(yīng)當(dāng)理解，以上所述合理值應(yīng)具體為Vlex ptjs的兩個取值之一，相應(yīng)地，被舍棄的那一個值應(yīng)該為與現(xiàn)場工況明顯不符的數(shù)值，例如，取值與實(shí)際可能的速度范圍差距明顯。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，該合理值的取舍屬于不需要付出創(chuàng)造性地公知技術(shù)，下面涉及取帶鋼速度合理值的情況也一樣，故不再贅述。
[0079]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下(取其合理值):
τ.?η ? —卜2 — ^{Plact - ^re/)\
[0080]Vlexpos = 3Qas X I t+ -—-— I
[0081 ]= 30α + Jt2 ~4(P^~ P3aCt^j
[0082]V2enjos = Vlexjos
[0083]V2exjos = V3enjos
[0084]其中，
[0085]as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0086]t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間，單位為S。
[0087]Vlexjos為一號子活套出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0088]V3enjos為三號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0089]V2enjos和V26xjkjs為二號子活套入口側(cè)和出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0090]2)最終的帶鋼流速計(jì)算
[0091]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
Ti±U + 1-
[0092]^lex _ pos + ^en\Pen — ^ex)
ns
[0093]V2en = Vlex
[0094]其中，
[0095]n1E為第I個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)。
[0096]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
?1丄"+ I
[0097]^Xex — ^lex pos + ^en ~~ (^en — ^ex)
幾 1/? + ^2R + I ,
[0098] Vi n — ^3enj>os + ^en~(Ven ~ vex)
ns
_] V2en = Vlex
[0100]V2ex = V3en
[0101]其中，
[0102]n1E為第I個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)；
[0103]n2E為第2個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)；
[0104]Vlex, V2en, V2ex, V3en分別為一號子活套出口、二號子活套入口、二號子活套出口和三號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0105]14.根據(jù)每個子活套入、出口帶鋼流速和輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號，計(jì)算對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度。
[0106]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
r i
[0107]Vari ? = Ven - -~ (ven - Vlex)
-L%iJ
r i
[0108]Var2 i = Flex - -{Viex x)
~L%2」
[0109]其中，
[0110]nsl為第I個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0111]nS2為第2個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0112]Vaeij為一號子活套內(nèi)第i號輔助轉(zhuǎn)向棍的棍面速度，單位為m/s ；
[0113]Vae2j為二號子活套內(nèi)第i號輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度，單位為m/s。
[0114]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
Γ ?
[0115]Varij = ven ~ -1ven — Vlex)
J
Γ L
[0116]Var3 I = V2ex — -~ (V2ex — Vex)
_
i
[011 7] Var2 i = l^en _ ~~ (^Zen — v2ex)
-1ns2J
[0118]其中，
[0119]nsl為第I個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0120]nS3為第3個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0121]nS2為第2個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)。
[0122]根據(jù)輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度計(jì)算對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值。在一個實(shí)施例中，該步驟的具體計(jì)算方法如下:
「 ?^AR^ARiJ
[0123]IT-ARI 1.— η
_nDARΓ πiAR^AR2_i
[0124]nAR2 i =
-^dar
「 η^AR^AR3_i
[0125]nAR3 i =
_ KDar
[0126]其中，
[0127]iAE為輔助輥減速機(jī)的減速比；
[0128]Dae為輔助輥輥徑，單位為m。
[0129]參考圖2所示，本發(fā)明還揭示了一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，包括套量位置傳感器20、平均套量計(jì)算器21、連接位置帶鋼流速計(jì)算器22、輔助輥補(bǔ)償速度控制器23、子活套張力控制器24以及輔助輥和子活套卷揚(yáng)傳動控制器25。
[0130]套量位置傳感器20通過安裝于每個子活套卷揚(yáng)機(jī)輸出軸上的絕對值編碼器實(shí)時檢測每個子活套的套量位置。
[0131]平均套量計(jì)算器21連接到套量位置傳感器20，接收各個子活套的實(shí)時位置，計(jì)算并輸出多塔活套的平均位置，將此平均位置作為各個子活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)。
[0132]該控制器計(jì)算的平均套量為(單位:m):
[0133]pref = h:1act
[0134]其中，
[0135]piact為第i個子活套實(shí)際位置，單位為m ；
[0136]η為子活套個數(shù)。
[0137]連接位置帶鋼流速計(jì)算器22連接套量位置傳感器20和平均套量計(jì)算器21，接收調(diào)節(jié)目標(biāo)值和各個子活套當(dāng)前實(shí)際位置值，并利用預(yù)設(shè)定的調(diào)平速度斜坡的斜率值計(jì)算每個子活套連接位置處用于調(diào)平的帶鋼流速，進(jìn)而根據(jù)整個活套入、出口帶鋼運(yùn)行速度和活套層數(shù)等計(jì)算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速。
[0138]I)用于調(diào)平的帶鋼流速計(jì)算
[0139]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下(取其合理值):
/ 1-\
Γ I T/_ onΛ X 卜-4(P'lact - Pre/)、
[0140]^iex pos - 3 O Us X^t +」—I
[0141]V2enjos = Vlexjos
[0142]其中，
[0143]as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0144]t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間，單位為S。
[0145]Vlexjos為一號子活套出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0146]V2enjos為二號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0147]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下(取其合理值):
[0148]l/le,_po, = 30α, X (t T Jt2-4(Pl:_Pn^)
[0149]^en pos = 30as-X it+ \t2-^Pref-P^\
\ \jaSI
[0150]V2enjos = Vlexjos[0巧1] V2exjos = V3enjos
[0152]其中，
[0153]as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0154]t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間，單位為S。
[0155]Vlexjos為一號子活套出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0156]V3enjos為三號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s ；
[0157]V2enjos和V26xjkjs為二號子活套入口側(cè)和出口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0158]2)最終的帶鋼流速計(jì)算
[0159]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下:
+ 1
[0160]^iex — ^lex pos + ^eni^e?i — ^ex)
_]V2en = Vlex
[0162]其中，
[0163]n1K為第I個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)。
[0164]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下:
打I尺+ I,、
[0165]^iex — ^lex pos + ^en(Ven — ”ex)
ns
Tl] H + 7%2 fi + I ,
[0166]h — ^3en_pos + ^en~~O^en — ^ex)
ns.
[0167]V2en = Vlex
[0168]V2ex = V3en
[0169]其中，
[0170]n1K為第I個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)；
[0171]n2K為第2個子活套內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥個數(shù)；
[0172]Vlex, V2en, V2ex, V3en分別為一號子活套出口、二號子活套入口、二號子活套出口和三號子活套入口側(cè)帶鋼調(diào)平流速，單位為m/s。
[0173]輔助輥補(bǔ)償速度控制器23連接該連接位置帶鋼流速計(jì)算器22，接收每個子活套入、出口帶鋼流速，并利用輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號計(jì)算對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度。
[0174]在一個雙塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下:
[0175]Vari I =Ven- -~ (Ven - Vlex)
-Ln5IJ
r i
[0176]Var2 i = Vlex — -~ (Vlex - Vex)
[0177]其中，
[0178]nsl為第I個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0179]nS2為第2個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0180]Vaeij為一號子活套內(nèi)第i號輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度，單位為m/s ；
[0181]Vae2j為二號子活套內(nèi)第i號輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度，單位為m/s。
[0182]在一個三塔式立式活套的實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下:
「i —
[0183]i = ven ~ ~~ (ven ~ )
-Ln91J
Γ L
[0184]Var3【=V2ex - -~ {V-zex — vex)
-Ln 幻J
i
[0185]Var2 j = V2en — -— (V2en — V2ex)
~L%2J
[0186]其中，
[0187]nsl為第I個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0188]nS3為第3個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)；
[0189]nS2為第2個子活套內(nèi)的帶鋼層數(shù)。
[0190]根據(jù)輔助轉(zhuǎn)向輥的輥面速度計(jì)算對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值。在一個實(shí)施例中，該控制器的具體計(jì)算方法如下:
^AR^AR I i
[0191]nAR1 i = AR ^R1-1
■ ^Dar
Γ π>-AR^AR2j
[0192]TLar2 i = -
-^Dar
「 η1-AR^AR3_i
[0193]nAR3 ι = ~——
_ ^dar
[0194]其中，
[0195]iAE為輔助輥減速機(jī)的減速比；
[0196]Dae為輔助輥輥徑，單位為m。
[0197]子活套張力控制器24通過控制立式活套的每個子活套卷揚(yáng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼張力的恒張力控制。卷揚(yáng)電機(jī)的設(shè)定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數(shù)等計(jì)算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設(shè)定值始終大于實(shí)際值。同時，其正向轉(zhuǎn)矩限幅等于由活套帶鋼設(shè)定張力、活套層數(shù)、卷揚(yáng)直徑、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比等計(jì)算得到的電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩。在一個實(shí)施例中，該控制器的計(jì)算方法如下:
[0198]計(jì)算卷揚(yáng)電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速為(單位:r/min):
^en ~ ^ex
0199 Vm=---
ns
[0200]Vcset = vcth+vcof
^cset^ch^.
[0201]Ucset =---
^Dc
[0202]其中，
[0203]ven為整個活套入口側(cè)帶鋼速度,單位為m/min ；
[0204]vex為整個活套出口側(cè)帶鋼速度，單位為m/min ；
[0205]ns為整個活套的帶鋼層數(shù)；
[0206]Vcth為活套車?yán)碚撍俣?，單位為m/min ；
[0207]Vcof為預(yù)設(shè)定的偏置速度,單位為m/min ；
[0208]Vcset為活套車設(shè)定速度,單位為m/min ；
[0209]ncb為卷揚(yáng)纜繩數(shù)量；
[0210]i為卷揚(yáng)減速機(jī)減速比；
[0211]D。為卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓直徑,單位為m。
[0212]計(jì)算卷揚(yáng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩限幅值為(單位為N.m):
丁孔 si
[0213]= 100XncbU1
[0214]其中，
[0215]Tset為活套帶鋼張力設(shè)定值，單位為kN ；
[0216]nsi為對應(yīng)子活套的帶鋼層數(shù)；
[0217]η為卷揚(yáng)電機(jī)效率。
[0218]輔助輥和子活套卷揚(yáng)傳動控制器25連接輔助輥補(bǔ)償速度控制器23和子活套張力控制器24，接收各個輔助輥的速度參考值及各個子活套卷揚(yáng)電機(jī)的速度參考和轉(zhuǎn)矩限幅參考值，采用矢量控制技術(shù)或直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)實(shí)時計(jì)算對應(yīng)的交流調(diào)速電機(jī)的三相電壓值并輸出。
[0219]綜上所述，本發(fā)明通過采集立式活套各個子活套的實(shí)時套量位置，計(jì)算用于調(diào)平套量的、帶速度斜坡的輔助輥補(bǔ)償速度，此補(bǔ)償速度可平穩(wěn)地調(diào)節(jié)各個活套套量并在數(shù)學(xué)上與各個子活套的卷揚(yáng)驅(qū)動電機(jī)的速度設(shè)定及轉(zhuǎn)矩限幅設(shè)定相互獨(dú)立，后者只用于建立子活套張力并使其保持恒定。所以本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了位置平衡的平滑調(diào)節(jié)，以及與張力控制的完全解耦。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0220]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，應(yīng)用于包括多個子活套的多塔式立式活套中，其中，每個子活套內(nèi)包括多個輔助轉(zhuǎn)向輥和用于實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼恒張力控制的卷揚(yáng)機(jī)，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 偵測整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度； 響應(yīng)于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據(jù)整個活套的帶鋼層數(shù)及各子活套的當(dāng)前參數(shù)及其卷揚(yáng)機(jī)參數(shù)，計(jì)算得到該各子活套卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度和電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)對每個子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制； 偵測各子活套的實(shí)時位置，并取該各子活套的實(shí)時位置的平均值作為該多塔式立式活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值； 響應(yīng)于該各子活套的實(shí)時位置和該位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值，并依據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)平速度斜坡的斜率值和各子活套對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號，計(jì)算得到子活套內(nèi)各個輔助轉(zhuǎn)向輥的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值； 響應(yīng)于該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值，子活套內(nèi)的各輔助輥的設(shè)定速度受控于不考慮位置調(diào)平時的各輔輥處的帶鋼速度值與該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的每個卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度為:
?_ VcsetnCbl ^lrQpt —， csezUDc 獲取卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)包括卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓的圓周長nD。、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比1、及卷揚(yáng)纜繩數(shù)量ncb和卷揚(yáng)設(shè)定線速度V。#。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的每個卷揚(yáng)設(shè)定線速度為:
Vcset Vcth+Vcof， 預(yù)設(shè)卷揚(yáng)機(jī)的偏置速度Vraf，并依據(jù)該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數(shù)計(jì)算得到每個卷揚(yáng)機(jī)的理論線速度，計(jì)算公式為: n^en~^ex ^cth = —:^，
nS 其中，該Vm為整個活套入口側(cè)帶鋼速度，Vex為整個活套出口側(cè)帶鋼速度，ns為整個活套的帶鋼層數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩為:
ji/f_ TsetnsiDc
climP — l000χncbiη^ 獲取子活套的當(dāng)前參數(shù)為活套帶鋼張力設(shè)定值Tsrt和該卷揚(yáng)機(jī)對應(yīng)子活套的帶鋼層數(shù)nsi，并獲取該子活套對應(yīng)卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)為卷揚(yáng)電機(jī)效率Π、卷揚(yáng)減速機(jī)減速比1、及卷揚(yáng)纜繩數(shù)量和卷揚(yáng)轉(zhuǎn)鼓直徑D。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值為: I)子活套出口側(cè): Vi^SOasXitT 卜2-?礎(chǔ)?
\ \as J 2)子活套入口側(cè): Vi = 30as X +」t2_4(Pr::-S， 取該Vi的合理值，其中，as為預(yù)設(shè)定的帶鋼流速斜率，t為預(yù)設(shè)定的調(diào)平時間，Piact為第i個子活套的實(shí)時位置，Pref為活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值為: ^ _ ZiLiPiact Pref — - ， 式中，Piart為第i個子活套實(shí)際位置，η為子活套個數(shù)。
7.一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，應(yīng)用于包括多個子活套的多塔式立式活套控制系統(tǒng)中，其中，每個子活套內(nèi)包括多個輔助轉(zhuǎn)向輥和用于實(shí)現(xiàn)每個子活套內(nèi)帶鋼恒張力控制的卷揚(yáng)機(jī)，其特征在于，所述解耦裝置包括: 套量位置傳感器，設(shè)置于每個子活套卷揚(yáng)機(jī)輸出軸上，用以偵測各子活套的實(shí)時位置； 平均套量位置計(jì)算器，連接于所述每個子活套對應(yīng)的套量位置傳感器，獲取該各子活套的實(shí)時位置并計(jì)算得到該各子活套的實(shí)時位置的平均值以作為該多塔式立式活套的位置調(diào)節(jié)目標(biāo)值； 連接位置帶鋼流速計(jì)算器，連接于所述平均套量位置計(jì)算器，用以接收該調(diào)節(jié)目標(biāo)值和各個子活套當(dāng)前實(shí)際位置值，并利用偵測到的整個活套入、出口帶鋼運(yùn)行速度和活套層數(shù)，依據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)平速度斜坡的斜率值計(jì)算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速； 輔助輥補(bǔ)償速度控制器，連接于所述連接位置帶鋼流速計(jì)算器，用以接收該最終帶鋼流速，并依據(jù)各子活套對應(yīng)輔助轉(zhuǎn)向輥的位置編號，計(jì)算得到子活套內(nèi)各個輔助轉(zhuǎn)向輥的帶速度斜坡的調(diào)平補(bǔ)償速度值； 子活套張力控制器，用以響應(yīng)于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據(jù)整個活套的帶鋼層數(shù)及各子活套的卷揚(yáng)機(jī)的參數(shù)，計(jì)算得到該各子活套卷揚(yáng)機(jī)的電機(jī)設(shè)定速度和電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)對每個子活套內(nèi)帶鋼的恒張力控制； 輔助輥和子活套卷揚(yáng)傳動控制器，連接于所述子活套張力控制器和輔助輥補(bǔ)償速度控制器，用以響應(yīng)該活套內(nèi)各電機(jī)設(shè)定速度及電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩，并采用矢量控制技術(shù)或直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)計(jì)算得到用于實(shí)時控制交流調(diào)速電機(jī)的三相電壓值并予以輸出，以完成對各子活套位置的帶速度斜坡的調(diào)平和對各子活套內(nèi)帶鋼張力的恒張力控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，其特征在于，所述套量位置傳感器為絕對值編碼器。
【文檔編號】B21B41/00GK104174666SQ201410339854
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】毛迅, 沈加強(qiáng) 申請人:中冶賽迪電氣技術(shù)有限公司