專利名稱:基于氣控滑差軸的卷繞張力與轉速控制方法
技術領域:
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化領域,涉及一種用于帶材分切機中的基于氣控滑差軸的卷 繞張力與轉速的控制方法。
背景技術:
氣控滑差軸是現(xiàn)代各類帶材分切機中關鍵的新型卷繞部件,其主要由軸體、軸向 皮囊、油毛氈、摩擦滑環(huán)組等部件從內到外裝配組成,氣控滑差軸由電動機傳動,通過調節(jié) 輸入到氣控滑差軸內皮囊的氣壓,改變滑差環(huán)與油毛氈間的摩擦力以實現(xiàn)對卷繞在同一根 氣控滑差軸上的若干盤卷繞物的張力控制,各盤卷間的帶材張力可能因帶材厚度不均勻、 初始卷徑不一致而導致的各卷繞松緊度不同的問題則靠滑差環(huán)進行緩沖平衡,即同軸上 的各滑差環(huán)的轉速可能不同,以保證同一根滑差軸上彼此獨立的多盤卷繞能正常運行。目 前常用的氣控滑差軸的卷繞張力控制方法均采用氣控滑差軸的進氣氣壓隨卷徑的增大而 線性增大的方法,其主要的缺點在于一是沒有對升降速動態(tài)過程進行動態(tài)補償控制;二 是沒有對卷繞慣量進行補償控制;三是沒有對滑差軸的轉速進行協(xié)調控制而導致滑差軸發(fā) 熱嚴重、壽命短。因而難以適應高性能卷繞控制、頻繁變速等生產(chǎn)場合,也難以延長氣控滑 差軸的工作壽命、降低生產(chǎn)設備的維護成本。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足,設計了一種具有靜、動態(tài)張力平穩(wěn)控制與 降低氣控滑差軸發(fā)熱、提高其壽命的控制方法。本發(fā)明方法包括以下步驟步驟a根據(jù)帶材厚度與卷繞長度計算卷繞半徑R (單位m);步驟b計算氣控滑差軸轉速η (單位r/s);
dV步驟c計算帶材輸送的動態(tài)加(減)速度γ (單位m/s2);
dt步驟d計算氣控滑差軸的輸入氣壓P (單位MPa);步驟e將得到的輸入氣壓P信號輸入到氣控滑差軸,氣控滑差軸轉速η信號輸入 到滑差軸傳動電機驅動器,從而實現(xiàn)卷繞張力與轉速的協(xié)調控制。步驟a中所述的卷繞半徑R,與帶材厚度h (單位m)與卷繞長度L (單位m)之間 具備函數(shù)關系R = r (h,L),由如下公式表示 其中,Rtl為初始卷繞半徑,為已知量。隨著時間的增長,卷繞長度L也增長,卷繞半 徑R也增大;L可通過計長傳感器獲得。步驟b中所述的計算氣控滑差軸轉速η,是根據(jù)帶材輸送的線速度V (單位m/s)、 卷繞半徑R等參數(shù)進行計算,計算公式如下 其中,kn為滑差系數(shù),Δη為初始滑差轉速,V和Δη均由用戶設定。
dV步驟c所述的計算帶材輸送的動態(tài)加(減)速度γ,是根據(jù)本次采集的線速度V、
上次采集的線速度V—及兩次數(shù)據(jù)采集的間隔時間T(即采樣周期,單位S)進行計算,計 算公式如下 Γ dV V-V~ 步驟d中所述的計算氣控滑差軸的輸入氣壓P (單位MPa),與卷繞張力設定值 F (單位N)、卷繞半徑R、卷繞錐度ζ之間具備函數(shù)關系P = ρ (F,R,ζ),由如下公式表示
η _ ηdVP = kp (1-z-°-)FR + 0.QlknByRi一 + 0.Olk2nByhRV2 +P0(4)
L Rm~R0dtJ其中,kp為氣控滑差軸特性決定的氣壓_力矩系數(shù)(即由特定的氣控滑差軸的 型號規(guī)格決定),Y為帶材密度(單位kg/m3),h為厚度(單位!!!),&為初始氣壓(單位 MPa),B為每根氣控滑差軸上帶材的總寬度(單位m) ,IVRm分別為初始卷繞半徑與最大卷 繞半徑(單位m),kn為滑差系數(shù),z、R。、Rffl均由用戶設定。步驟e中所述的將得到的輸入氣壓P信號輸入到氣控滑差軸,氣控滑差軸轉速η 信號輸入到滑差軸傳動電機驅動器是通過氣壓控制部件(如電-氣比例閥)將用步驟d 的氣壓計算結果P,輸入到氣控滑差軸中實現(xiàn)對卷繞張力的控制,將步驟b得到的轉速η信 號輸入到電機驅動器(如變頻器),控制氣控滑差軸傳動電動機的轉速。本發(fā)明具有的有益效果(1)不需要改變控制系統(tǒng)的硬件配置;(2)實現(xiàn)了靜、動態(tài)卷繞張力的平穩(wěn)控制與卷繞慣性的補償控制;(3)對氣控滑差軸的轉速進行了隨卷徑變化的協(xié)調控制,降低了氣控滑差軸的滑 差功耗從而大大提高了氣控滑差軸的壽命。本發(fā)明完全解決了現(xiàn)有技術存在的缺陷,并且實現(xiàn)簡單容易。
具體實施例方式基于氣控滑差軸的卷繞張力與轉速控制方法具體步驟為步驟a根據(jù)帶材厚度與卷繞長度計算卷繞半徑R (單位m);步驟b計算氣控滑差軸轉速η (單位r/s);
dV步驟c計算帶材輸送的動態(tài)加(減)速度γ (單位m/s2);
at 步驟d計算氣控滑差軸的輸入氣壓P (單位MPa);步驟e將得到的輸入氣壓P信號輸入到氣控滑差軸,氣控滑差軸轉速η信號輸入 到滑差軸傳動電機驅動器,從而實現(xiàn)卷繞張力與轉速的協(xié)調控制。步驟a中所述的卷繞半徑R,與帶材厚度h (單位m)與卷繞長度L (單位m)之間 具備函數(shù)關系R = r (h,L),由如下公式表示
4
其中,Rtj為初始卷繞半徑,為已知量。隨著時間的增長,卷繞長度L也增長,卷繞半 徑R也增大;L可通過計長傳感器獲得。步驟b中所述的計算氣控滑差軸轉速η,是根據(jù)帶材輸送的線速度V (單位m/s)、 卷繞半徑R等參數(shù)進行計算,計算公式如下n = +(2)
2nR其中,kn為滑差系數(shù),Δη為初始滑差轉速,V和Δη均由用戶設定。
dV步驟c所述的計算帶材輸送的動態(tài)加(減)速度γ,是根據(jù)本次采集的線速度V、
dt
上次采集的線速度V—及兩次數(shù)據(jù)采集的間隔時間T(即采樣周期,單位s)進行計算,計 算公式如下 Γ dV V-V~——=--(3)
dt T步驟d中所述的計算氣控滑差軸的輸入氣壓P (單位MPa),與卷繞張力設定值 F (單位N)、卷繞半徑R、卷繞錐度ζ之間具備函數(shù)關系P = ρ (F,R,ζ),由如下公式表示 P = k
D _ DJT/"
(1 -ζ _ 0 )FR + QmknByR3 — + Omk2riByhRV2 R …—Rrtdt
+ P0 ⑷
vO其中,kp為氣控滑差軸特性決定的氣壓_力矩系數(shù)(即由特定的氣控滑差軸的 型號規(guī)格決定),Y為帶材密度(單位kg/m3),h為厚度(單位!!!),&為初始氣壓(單位 MPa),B為每根氣控滑差軸上帶材的總寬度(單位m) ,IVRm分別為初始卷繞半徑與最大卷 繞半徑(單位m),V為線速度(單位m/s),kn為滑差系數(shù),z、R。、Rffl均由用戶設定。步驟e中所述的將得到的輸入氣壓P信號輸入到氣控滑差軸,氣控滑差軸轉速η 信號輸入到滑差軸傳動電機驅動器是通過氣壓控制部件(如電-氣比例閥)將用步驟(d) 的氣壓計算結果P,輸入到氣控滑差軸中實現(xiàn)對卷繞張力的控制,將步驟(b)得到的轉速η 信號輸入到電機驅動器(如變頻器),控制氣控滑差軸傳動電動機的轉速。自動化控制系統(tǒng)根據(jù)人機操作界面中設置的初始張力值F與錐度值ζ (取值范圍 0. 1 0. 9),最大、最小半徑值Rm與Rtl,滑差系數(shù)kn(取值范圍1. 1 1. 5),初始滑差轉速 Δ n,帶材參數(shù)(包括帶材密度Y,厚度h,帶材寬度B),以及經(jīng)檢測計算獲得的實時卷繞 半徑R,計算對應的氣控滑差軸的進氣氣壓值與氣控滑差軸的轉速值,進而由自動化控制系 統(tǒng)中調節(jié)器或PLC系統(tǒng)的D/A模塊發(fā)出的控制輸入信號(0 10V),經(jīng)電-氣轉換器(如 電-氣比例閥)將其轉換成0 100%的額定氣壓輸入到氣控滑差軸,實現(xiàn)卷繞張力控制; 而氣控滑差軸的速度控制信號由自動化控制系統(tǒng)中調節(jié)器或RLC系統(tǒng)的D/A模塊發(fā)出的控 制輸入信號,經(jīng)電機驅動器(如變頻器)控制氣控滑差軸的傳動電動機實現(xiàn)速度的協(xié)調控 制。
權利要求
基于氣控滑差軸的卷繞張力與轉速控制方法,其特征在于該方法包括如下步驟步驟a.根據(jù)帶材厚度h與卷繞長度L計算卷繞半徑R,其中R0為初始卷繞半徑,L可通過計長傳感器獲得;步驟b.計算氣控滑差軸轉速n,其中kn為滑差系數(shù),Δn為初始滑差轉速,V和Δn均由用戶設定;步驟c.計算帶材輸送的動態(tài)加速度其中V為本次采集的線速度,V 為上次采集的線速度,T為兩次數(shù)據(jù)采集的間隔時間;步驟d.計算氣控滑差軸的輸入氣壓P, <mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub> <mi>k</mi> <mi>p</mi></msub><mo>[</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>z</mi> <mfrac><mrow> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub></mrow><mrow> <msub><mi>R</mi><mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>FR</mi><mo>+</mo><mn>0.02</mn><msub> <mi>k</mi> <mi>n</mi></msub><mi>Bγ</mi><msup> <mi>R</mi> <mn>3</mn></msup><mfrac> <mi>dV</mi> <mi>dt</mi></mfrac><mo>+</mo><mn>0.01</mn><msubsup> <mi>k</mi> <mi>n</mi> <mn>2</mn></msubsup><mi>BγhR</mi><msup> <mi>V</mi> <mn>2</mn></msup><mo>]</mo><mo>+</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>0</mn></msub><mo>;</mo> </mrow>其中kp為氣控滑差軸特性決定的氣壓 力矩系數(shù),z為卷繞錐度,R0、Rm分別為初始卷繞半徑與最大卷繞半徑,F(xiàn)為卷繞張力設定值,B為每根氣控滑差軸上帶材的總寬度,γ為帶材密度,P0為初始氣壓;步驟e.將步驟d得到的輸入氣壓P信號輸入到氣控滑差軸,實現(xiàn)對卷繞張力的控制;將步驟b得到氣控滑差軸轉速n信號輸入到滑差軸傳動電機驅動器,實現(xiàn)轉速的控制。FSA00000188102000011.tif,FSA00000188102000012.tif,FSA00000188102000013.tif,FSA00000188102000014.tif
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于氣控滑差軸的卷繞張力與轉速控制方法?,F(xiàn)有的控制方法沒有對升降速動態(tài)過程進行動態(tài)補償控制;二是沒有對卷繞慣量進行補償控制;三是沒有對滑差軸的轉速進行協(xié)調控制而導致滑差軸發(fā)熱嚴重、壽命短。本發(fā)明方法首先根據(jù)帶材厚度與卷繞長度計算卷繞半徑及氣控滑差軸轉速n;然后計算帶材輸送的動態(tài)加速度和氣控滑差軸的輸入氣壓;最后將得到的輸入氣壓信號輸入到氣控滑差軸,氣控滑差軸轉速信號輸入到滑差軸傳動電機驅動器,從而實現(xiàn)卷繞張力與轉速的協(xié)調控制。本發(fā)明方法實現(xiàn)了靜、動態(tài)卷繞張力的平穩(wěn)控制與卷繞慣性的補償控制,降低了氣控滑差軸的滑差功耗從而大大提高了氣控滑差軸的壽命。
文檔編號B65H23/04GK101905820SQ20101022580
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者盧玲, 陳德傳 申請人:杭州電子科技大學