張耀友 孟彥京

(陜西科技大學(xué)電氣與信息科學(xué)學(xué)院,陜西西安,710021)

·超級(jí)壓光機(jī)·

超級(jí)壓光機(jī)主傳動(dòng)速度跌落控制的探討

張耀友 孟彥京

(陜西科技大學(xué)電氣與信息科學(xué)學(xué)院,陜西西安,710021)

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

超級(jí)壓光機(jī);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(jí)壓光機(jī)的速度跌落問(wèn)題一直是壓光機(jī)電控部分的一個(gè)控制難點(diǎn)[1]。一般情況下,在完成引紙之后超壓開(kāi)始運(yùn)行,運(yùn)行速度上升的同時(shí)頂缸開(kāi)始加壓,這個(gè)時(shí)候由于合輥,會(huì)對(duì)主傳動(dòng)輥產(chǎn)生較大的摩擦力,使超壓機(jī)速度不升反降,這種現(xiàn)象一般稱(chēng)為速度跌落。由于引紙階段已經(jīng)完成,如果主傳動(dòng)的速度沒(méi)有穩(wěn)定上升,會(huì)有堆紙現(xiàn)象。一旦采用的方式使得速度超調(diào),紙就會(huì)繃斷,給生產(chǎn)操作帶來(lái)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(shè)定斜坡上升,成為超級(jí)壓光機(jī)迫切需要解決的問(wèn)題。

目前,在實(shí)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(jī)速度跌落問(wèn)題,雖然也取得了一定的控制效果,但是仍然會(huì)遇到紙幅出現(xiàn)小褶皺的現(xiàn)象。在速度跌落過(guò)程中,由于摩擦力非常大,所以速度跌落也非常嚴(yán)重,而普通的P ID控制算法中,積分系數(shù)kI是常數(shù),整個(gè)控制過(guò)程中積分增量不變。而變速積分P ID算法積分增量在整個(gè)控制過(guò)程中是變化的,系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱甚至全無(wú),而在偏差小時(shí)則加強(qiáng)。使得因積分系數(shù)過(guò)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(guò)小而遲遲不能消除靜差的問(wèn)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(jí)壓光機(jī)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(dāng)引紙完成后超級(jí)壓光機(jī)底缸開(kāi)始頂起,完成合輥,為了使紙的光澤度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,接著啟動(dòng)頂缸開(kāi)始加壓,此時(shí)傳動(dòng)輥會(huì)受到線(xiàn)壓力,由圖1(c)傳動(dòng)輥的受力分析中得到,傳動(dòng)輥受到頂缸的線(xiàn)壓力、底缸的支持力以及2#和4#輥的摩擦力。頂缸的設(shè)計(jì)線(xiàn)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?zhàn)又g的摩擦因數(shù);N為底缸的支持力;F為傳動(dòng)輥受到頂缸的線(xiàn)壓力;P為2#和4#輥的摩擦力。

由此可見(jiàn),傳動(dòng)輥受到的摩擦力非常大,不會(huì)按照原來(lái)的斜坡速度上升,變成了比設(shè)計(jì)車(chē)速低很多的實(shí)際速度。由于傳動(dòng)輥速度過(guò)低,不能及時(shí)將紙引走,會(huì)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(guān)于附加轉(zhuǎn)矩,每個(gè)工程師都有不同的算法來(lái)補(bǔ)償普通P ID調(diào)節(jié)的不足。也就是說(shuō),經(jīng)P ID調(diào)節(jié)后,主傳動(dòng)速度跟理論速度差別越大,那么附加轉(zhuǎn)矩算法也就相對(duì)更復(fù)雜,對(duì)其算法的精準(zhǔn)度的要求也就更高。同時(shí),算法是以程序的形式從PLC寫(xiě)入直流裝置從而給到電機(jī),這其中必然有一個(gè)滯后,這就會(huì)造成整個(gè)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(huì)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(gè)控制過(guò)程中,積分增量不變。而系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的要求是,系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用應(yīng)減弱甚至全無(wú),而在偏差小時(shí)應(yīng)加強(qiáng)。積分系數(shù)取大了會(huì)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(duì)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(wèn)題。

變速積分P ID的基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度,使其與偏差大小相對(duì)應(yīng),即偏差越大,積分越慢,反之越快。

具體實(shí)施方式為,當(dāng)出現(xiàn)大的速度跌落時(shí),降低變速積分的積分項(xiàng),或者減弱到無(wú),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(shí),增大積分項(xiàng),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(dá)式為:

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

圖3 幾種階躍響應(yīng)曲線(xiàn)

2.3 仿真

直流電機(jī)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(yīng)曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。從圖3(a)可知,普通P ID算法在遇到速度跌落時(shí),速度急劇下降,這種情況下必然會(huì)出現(xiàn)堆紙褶皺現(xiàn)象。而在圖3(b)中,變速積分P ID針對(duì)速度跌落問(wèn)題,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(dòng),但不影響運(yùn)行,也不會(huì)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(yīng)時(shí)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(dāng)模型參數(shù)變化時(shí),仍然有較好的控制品質(zhì)。

3 結(jié) 語(yǔ)

變速積分與普通積分兩種控制方式雖然類(lèi)似,但調(diào)節(jié)方式不同。前者對(duì)積分項(xiàng)采用的是緩慢控制,而后者則采用的是“開(kāi)關(guān)”控制。積分增量在整個(gè)控制過(guò)程中是處于變化的,當(dāng)系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱甚至全無(wú),而在偏差小時(shí)則加強(qiáng)。解決了積分系數(shù)過(guò)大時(shí)產(chǎn)生的超調(diào)甚至飽和,或者積分系數(shù)較低時(shí)遲遲不能消除靜差的問(wèn)題。對(duì)超級(jí)壓光機(jī)主傳動(dòng)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(shí)際應(yīng)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(jī)壓光機(jī)技術(shù)改造技術(shù)設(shè)計(jì)[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(fù)卷機(jī)電氣控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)造紙,2005,24(9):42.

[5] 史 乃.電機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

(責(zé)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(dòng)。

TH873.7

A

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

2009-07-13(修改稿)