一、活套的作用與控制

軋件在熱連軋機(jī)精軋機(jī)組軋制過程中，其運(yùn)行速度高、段面小，拉裂、拉斷、堆疊等現(xiàn)象容易發(fā)生，解決的方法之一是：軋件在相鄰兩臺軋機(jī)之間運(yùn)動(dòng)有一定的彎曲，即：活套。活套控制就是通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)控制，保證兩臺軋機(jī)之間的軋件彎曲按預(yù)先給定的大小來變化，如圖1所示。

控制方法為：當(dāng)軋件的實(shí)際活套量比給定量大時(shí)，2#軋機(jī)增速彎曲度變小。反之彎曲變大。這種控制方式實(shí)際上只需控制兩臺軋機(jī)中第二臺軋機(jī)的轉(zhuǎn)速就可實(shí)現(xiàn)，所以活套控制電路是在兩臺軋機(jī)的第二臺電機(jī)電氣控制系統(tǒng)工程中。

二、系統(tǒng)原理

1.原理框圖（見圖2）

2.分析描述

位置傳感器UC檢測活套實(shí)際位置，發(fā)出位置脈沖u與基準(zhǔn)脈沖器TB產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖Ub在邏輯組合門LG中運(yùn)算，得到從基準(zhǔn)脈沖Ub上升沿到位置脈沖u為寬度的脈沖Ut（見波型圖C段、G段的Ut1、Ut2），Ut脈沖進(jìn)入位置積分器WJ，作為位置積分器的積分時(shí)間；當(dāng)位置積分器停止積分時(shí)，位置積分器輸出電壓Uj保持停止積分時(shí)的電壓值直到下一個(gè)活套位置脈沖u。當(dāng)實(shí)際活套量增加時(shí)，Ut加寬，位置積分器積分時(shí)間增長，輸出電壓值Uj增高，這樣一來位置脈沖u就轉(zhuǎn)換為位置積分器輸出電壓Uj；Uj輸入運(yùn)算調(diào)節(jié)器YT后，得到反映活套量實(shí)際大小并與活套給定值Ug相匹配的電壓值，這個(gè)值稱之為活套反饋電壓值Uh（簡稱：活套反饋值）。

活套反饋值Uh與活套給定值Ug輸入比例調(diào)節(jié)器BT中得輸出ΔU，當(dāng)Uh>Ug即活套實(shí)際量比給定大，ΔU=負(fù)，在經(jīng)過積分器調(diào)節(jié)器JT調(diào)節(jié)后，得+Δn，因電動(dòng)機(jī)速度環(huán)給定值為正，所以+Δn加在速度環(huán)上使電動(dòng)機(jī)加速，活套量實(shí)際減小。反之，當(dāng)Uh

三、系統(tǒng)分析

本活套控制系統(tǒng)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)?；钐追答侂娐分校钐讉鞲衅鞑蓸又芷趖u=1/100秒，即每隔百分之一秒測量一次活套位置；位置積分器雖然采用積分器(tj=R0C=0.000495秒，tj

反饋電路傳遞函數(shù)：

活套調(diào)節(jié)電路中，比例調(diào)節(jié)器BT(放大倍數(shù)Kb=p′R1/R0，p=R4/(R3+R4))。積分調(diào)節(jié)器JT(放大倍數(shù)KZ=R1/(P1′R0)，P1=R3/(R3+R4)，時(shí)間常數(shù)TZ=P2′CR1，P2=R2/(R1+R2))。

本系統(tǒng)中電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，電流環(huán)校正為典Ⅰ型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典Ⅱ型系統(tǒng)，我們選擇位置環(huán)中積分位置調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)比調(diào)速系統(tǒng)等效環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)大，調(diào)速系統(tǒng)等效環(huán)節(jié)閉環(huán)傳遞涵數(shù)可簡化為一階慣性環(huán)節(jié)。

經(jīng)上述描述，活套控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3

其中：Kd為包括傳動(dòng)比和單位換算在內(nèi)的比例系數(shù)。

Kd=(r/i)′(U50/L50)。r為軋輥半徑。i為傳動(dòng)比。

L50為套量L=0.5m。U50為L50對應(yīng)的反饋電壓值Uh，即10伏。

由于bTΣn>tu+tj，tu+tj按小慣性環(huán)節(jié)處理。?。篢=bTΣn+tu+tj；K=KbKZKdKh/(aP2TZ)；

開環(huán)傳遞涵數(shù)校正為：

此系統(tǒng)為典Ⅱ型系統(tǒng)。對于活套控制系統(tǒng)來說，主要要求跟隨性好，超調(diào)量小，所以調(diào)校時(shí)，對預(yù)期開環(huán)特性的中頻寬h選用6～8。

即：P2TZ=(6～8)T；

其控制系統(tǒng)對數(shù)頻率特性如圖4：

圖4

這種三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性有保證，但是它在外環(huán)校正時(shí)采用內(nèi)環(huán)的等效環(huán)節(jié)，所以外環(huán)的截止頻率ωC低于內(nèi)環(huán)等效時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)。這樣位置環(huán)的截止頻率ωC被限制的低，這就限制了系統(tǒng)的快速性，這在系統(tǒng)調(diào)校時(shí)應(yīng)注意。

四、活套反饋電路的調(diào)校計(jì)算

1.位置傳感器的安裝（如圖5）

圖5

a.根據(jù)軋鋼工藝要求，活套量為0-0.5m之間。透鏡鼓外遮光罩使傳感器的掃描范圍±αmax<±15°所以?。簜鞲衅骶嘬埣矫娓叨菻=1.6m，其投影點(diǎn)與軋件套量零位重合，并且處于兩臺軋機(jī)軋件進(jìn)出點(diǎn)的連線上投影點(diǎn)位于兩臺軋機(jī)中部。傳感器掃描平面垂直于軋件水平面。

脈沖角：β=β0+2′arctg(L/H)。

其中：β0：活套位置為0m時(shí)初始脈沖角；

L：活套實(shí)際值，單位m；

H：活套位置傳感器與軋件水平面的高度，單位m。

b.脈沖初始角等的確定：

根據(jù)上面活套位置傳感器的安裝示意圖，選擇由于傳感器震動(dòng)等因素使傳感器檢測軋件位置誤認(rèn)為在零點(diǎn)左側(cè)0.2m，控制不失控。則脈沖初始角為：

β0=2′arctg(0.2/1.6)=15。

傳感器安裝后，用視波器檢測同步脈沖發(fā)生器輸出和傳感器的脈沖，調(diào)節(jié)同步脈沖發(fā)生器電阻R使軋件處于L=0時(shí)，脈沖角為：

β0=15°。

移動(dòng)軋件，當(dāng)L=0.5m，脈沖角為：

β50=150+2′arctg(0.5/1.6)=49.7°。

2.位置積分器WJ的調(diào)校計(jì)算

位置積分器輸入輸出電壓的關(guān)系為：

Uj=(β/βt)′Ur。

其中：β為脈沖角，βt為位置積分器R0C對應(yīng)的角度，Ur為積分器輸入電壓。

由于R0=3.3k、C=0.15uF、則：tj=3.3k′0.15uF=0.495-3秒

當(dāng)軋件處于L=0.5m時(shí)，軋件會在L=0.5m處來回移動(dòng)，脈沖角會超過49.7°，考慮余量取：軋件處于L=0.8m，對應(yīng)脈沖角：150+2′arctg(0.8/1.6)=68.13°，所以位置積分器飽和對應(yīng)脈沖角βmax必須大于68.13°。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)并調(diào)校：位置積分器在輸入電壓2.8伏時(shí)，βmax=72°，輸出Umax=23伏。

考慮積分器本身具有隨積分時(shí)間增加，其輸出有減緩的趨勢，所以取輸入電壓Ur=2v。這樣一來βmax擴(kuò)展到：

8.91′23/2=102°>>68.13°

這種作法不僅提高調(diào)節(jié)余量，還使Uj隨L的變化線性得到保證，也讓運(yùn)算調(diào)節(jié)放大器的等效放大倍數(shù)變化不是很大，便于整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)分析，這種三環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式對快速反應(yīng)能力的限制，βmax擴(kuò)展到102°，使活套在0.5m調(diào)節(jié)時(shí)，余量滿足調(diào)節(jié)要求。

調(diào)整可變電阻R使輸入電壓Ur=2v。位置積分器的2個(gè)積分器的輸入輸出特性經(jīng)實(shí)驗(yàn)并調(diào)校后一致。

五、注意事項(xiàng)

1.計(jì)算后預(yù)先整定，必須做模擬驗(yàn)證，方法：關(guān)閉主回路，開通控制回路，用電爐絲代替軋件，從套量小于0m開始一直平行移動(dòng)到大于0.5m，調(diào)校活套位置脈沖初始角及脈沖角的變化；檢測：位置積分器使不飽和輸出、運(yùn)算調(diào)節(jié)放大器輸出線性；測量活套反饋電壓值與給定和計(jì)算相比較，調(diào)整參數(shù)等。

2.通過對實(shí)際軋鋼過程的觀察，也可調(diào)整參數(shù)，特別是對積分調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整時(shí)，應(yīng)循序漸進(jìn)，否則會引起振蕩。傳感器安裝于現(xiàn)場，防震要求高，支架一定穩(wěn)固、牢實(shí)。信號電纜敷設(shè)一定按規(guī)范要求進(jìn)行，消除干擾信號。

3.h值的選?。航ㄗh后一臺軋機(jī)取值比前一臺軋機(jī)大，通常取大0.5。這里需要說明：這種選擇方式可保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，但卻犧牲了系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，這在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)注意。

六、結(jié)束語

本活套控制裝置已應(yīng)用于鋼鐵公司小型材熱連軋精軋部分。