張耀友 孟彥京

(陜西科技大學電氣與信息科學學院,陜西西安,710021)

·超級壓光機·

超級壓光機主傳動速度跌落控制的探討

張耀友 孟彥京

(陜西科技大學電氣與信息科學學院,陜西西安,710021)

針對超級壓光機速度控制中采用常規(guī)算法很難解決壓光機速度跌落的這一控制難點,對傳統(tǒng)解決辦法進行了改進,提出了變速積分PI D控制算法。在改進的控制算法中,積分增量在整個控制過程中是變化的,系統(tǒng)偏差大時積分作用減弱甚至全無,而在偏差小時則加強。仿真結(jié)果表明,變速積分P ID能較好地解決超級壓光機速度跌落問題,使系統(tǒng)控制效果得到很好的改善。

超級壓光機;速度跌落;變速積分

(＊E-mail:stelfojia@163.com)

Abstract:Supercalender velocity drop always is a control difficulty of electricity control technology,and it is difficult to solve the problem of velocity drop by common arithmetic.On account of this practice problem,a new arithmetic,variational velocity integral P ID arithmetic,is proposed,as the improvement of the traditional solution method.In the improved arithmetic of P ID,integral increment is changeable in the whole control process.When system error is very huge,integral effectwill be weakened even disappeared,and when the error is s mall,the effectwill be enhanced.Overshoot caused by overlarge integral coefficient is solved completely,even saturation state or static difference due to little integral coefficient.S imulation results show that variational velocity integral P ID can solve supercalender velocity drop better and improve system control efficiency.

Key words:supercalender;velocity drop;variational velocity integral

超級壓光機的速度跌落問題一直是壓光機電控部分的一個控制難點[1]。一般情況下,在完成引紙之后超壓開始運行,運行速度上升的同時頂缸開始加壓,這個時候由于合輥,會對主傳動輥產(chǎn)生較大的摩擦力,使超壓機速度不升反降,這種現(xiàn)象一般稱為速度跌落。由于引紙階段已經(jīng)完成,如果主傳動的速度沒有穩(wěn)定上升,會有堆紙現(xiàn)象。一旦采用的方式使得速度超調(diào),紙就會繃斷,給生產(chǎn)操作帶來麻煩。因此,采用一種有效的方式使得速度能穩(wěn)定地按照設定斜坡上升,成為超級壓光機迫切需要解決的問題。

目前,在實際生產(chǎn)中普遍采用普通P ID和附加轉(zhuǎn)矩相結(jié)合的方式解決壓光機速度跌落問題,雖然也取得了一定的控制效果,但是仍然會遇到紙幅出現(xiàn)小褶皺的現(xiàn)象。在速度跌落過程中,由于摩擦力非常大,所以速度跌落也非常嚴重,而普通的P ID控制算法中,積分系數(shù)kI是常數(shù),整個控制過程中積分增量不變。而變速積分P ID算法積分增量在整個控制過程中是變化的,系統(tǒng)偏差大時積分作用減弱甚至全無,而在偏差小時則加強。使得因積分系數(shù)過大而產(chǎn)生的超調(diào)甚至飽和現(xiàn)象,以及因積分系數(shù)過小而遲遲不能消除靜差的問題,都得到良好的解決。

1 速度跌落產(chǎn)生原因

由圖1(a)可知,超級壓光機所有的輥處于分離的狀態(tài),并以爬行速度完成引紙;圖1(b)中,當引紙完成后超級壓光機底缸開始頂起,完成合輥,為了使紙的光澤度達到設計要求,接著啟動頂缸開始加壓,此時傳動輥會受到線壓力,由圖1(c)傳動輥的受力分析中得到,傳動輥受到頂缸的線壓力、底缸的支持力以及2#和4#輥的摩擦力。頂缸的設計線壓力范圍為0～3000 N/m[2],

圖1 數(shù)度跌落原因分析

由N=P可知:

式中,μ為輥子之間的摩擦因數(shù);N為底缸的支持力;F為傳動輥受到頂缸的線壓力;P為2#和4#輥的摩擦力。

由此可見,傳動輥受到的摩擦力非常大,不會按照原來的斜坡速度上升,變成了比設計車速低很多的實際速度。由于傳動輥速度過低,不能及時將紙引走,會造成堆紙。

2 速度跌落控制

2.1 傳統(tǒng)解決方式

目前普遍采用的解決速度跌落的方法是附加轉(zhuǎn)矩與普通P ID相結(jié)合[3]。

關于附加轉(zhuǎn)矩,每個工程師都有不同的算法來補償普通P ID調(diào)節(jié)的不足。也就是說,經(jīng)P ID調(diào)節(jié)后,主傳動速度跟理論速度差別越大,那么附加轉(zhuǎn)矩算法也就相對更復雜,對其算法的精準度的要求也就更高。同時,算法是以程序的形式從PLC寫入直流裝置從而給到電機,這其中必然有一個滯后,這就會造成整個方案的不穩(wěn)定,精確度較低,如果速度不穩(wěn)定并且在理論速度值上下振蕩,紙幅就會褶皺,出現(xiàn)紙病。最大限度優(yōu)化P ID調(diào)節(jié)尤為重要,因此,解決了P ID的調(diào)節(jié)也就從根本上優(yōu)化了速度跌落的控制[4]。圖2就是普通P ID的控制方案。

2.2 變速積分P ID算法

圖2 普通P ID控制方式

在普通的P ID控制算法中,由于積分系數(shù)kI是常數(shù),所以在整個控制過程中,積分增量不變。而系統(tǒng)對積分項的要求是,系統(tǒng)偏差大時積分作用應減弱甚至全無,而在偏差小時應加強。積分系數(shù)取大了會產(chǎn)生超調(diào),甚至積分飽和,取小了又遲遲不能消除靜差。因此,如何根據(jù)系統(tǒng)偏差大小改變積分的速度,對于提高系統(tǒng)品質(zhì)是很重要的。變速積分P ID可較好地解決這一問題。

變速積分P ID的基本思想是設法改變積分項的累加速度,使其與偏差大小相對應,即偏差越大,積分越慢,反之越快。

具體實施方式為,當出現(xiàn)大的速度跌落時,降低變速積分的積分項,或者減弱到無,盡快減少誤差,避免紙張出現(xiàn)褶皺,甚至斷紙;而偏差較小時,增大積分項,提高控制精度,使得卷紙速度平滑,避免堆紙。

變速積分的P ID表達式為:

這種算法對A,B兩參數(shù)的要求不是很準確,參數(shù)整定較容易。

圖3 幾種階躍響應曲線

2.3 仿真

直流電機的模型傳遞函數(shù)[5]為:

采用普通P ID及變速積分P ID控制算法的單位階躍響應曲線見圖3。從圖3(a)可知,普通P ID算法在遇到速度跌落時,速度急劇下降,這種情況下必然會出現(xiàn)堆紙褶皺現(xiàn)象。而在圖3(b)中,變速積分P ID針對速度跌落問題,系統(tǒng)響應時間加快,取得了良好的控制效果,從仿真中可以看到僅僅有微小的速度波動,但不影響運行,也不會出現(xiàn)堆紙褶皺現(xiàn)象的發(fā)生。圖3(c)中,變速積分P ID參數(shù)發(fā)生變化后,與普通P ID算法相比,雖然系統(tǒng)的響應時間滯后,但速度的上升比圖3(b)要平穩(wěn)得多,因此這種算法具有良好的魯棒性,當模型參數(shù)變化時,仍然有較好的控制品質(zhì)。

3 結(jié) 語

變速積分與普通積分兩種控制方式雖然類似,但調(diào)節(jié)方式不同。前者對積分項采用的是緩慢控制,而后者則采用的是“開關”控制。積分增量在整個控制過程中是處于變化的,當系統(tǒng)偏差大時積分作用減弱甚至全無,而在偏差小時則加強。解決了積分系數(shù)過大時產(chǎn)生的超調(diào)甚至飽和,或者積分系數(shù)較低時遲遲不能消除靜差的問題。對超級壓光機主傳動速度跌落的控制效果有很大改善,避免了堆紙、褶皺,甚至斷紙的發(fā)生,在實際應用中取得了良好的控制效果。

[1] Krause P C,Wasynczuk SD Sudhoff.Analysis of ElectricMachinery and Drive Systems[M].Piscataway:IEEE Press,2002.

[2] 郭榮輝.紙機壓光機技術改造技術設計[J].黑龍江造紙,1999 (4):34.

[3] DepenbrockM.Direct self-control(DSC)of inverter-fed inductionmachine[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1988(3):420.

[4] 孟彥京.全交流復卷機電氣控制系統(tǒng)的分析與設計[J].中國造紙,2005,24(9):42.

[5] 史 乃.電機學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

(責任編輯:王 巖)

D iscussion on Supercalender Velocity Drop Control ofMa in Drive

ZHANG Yao-you＊MENG Yan-jing

(
College of Electric and Comm unication Engineering,Shaanxi University of Science and Technology, Xi'an,Shaanxi Province,710021)

張耀友先生,在讀碩士研究生;主要研究方向:電力電子與電力傳動。

TH873.7

A

0254-508X(2010)02-0048-03

2009-07-13(修改稿)