регулятор межклетевого натяжения полосы для непрерывного стана холодной прокатки

Формула изобретения

Регулятор межклетевого натяжения полосы для непрерывного стана холодной прокатки, имеющего нажимные устройства клетей, измерители межклетевых натяжений полосы и измеритель скорости прокатки, содержащий интегрально-пропорциональный блок, отличающийся тем, что вход нажимных устройств какой-либо клети связан с выходом измерителя натяжения полосы до клети через интегрально-пропорциональный блок, при этом пропорциональный и интегральный входы блока связаны с выходом измерителя раздельно через умножители, вторые входы которых через свои нелинейные блоки связаны с выходом измерителя скорости прокатки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металла давлением, а именно к автоматизации станов холодной прокатки полосы.

На непрерывном многоклетьевом стане холодной прокатки полосы (НСХП) регуляторы межклетьевого натяжения стабилизируют связи клетей друг с другом через полосу, усиливая этим объединение их в единый прокатный стан с определенными свойствами обжимать полосу до заданной толщины. Регуляторы воздействуют на нажимные устройства клетей по результату измерения отклонения от заданного значения натяжения полосы до клети, подменяя этим действие на полосу изменения ее натяжения действием на нее изменения давления. Обычно в качестве регулятора используют интегрально-пропорциональный блок (ИП-регулятор), обеспечивающий устойчивость регулирования в условиях запаздывания измерения полосы и запаздывания воздействия на нее. Интегральный канал регулятора (И-канал), интегрируя ошибку отработки возмущения, запоминает отработанную часть возмущения, бывшее на одно запаздывание Tz (суммарное - при измерении и при воздействии) ранее. Оставшаяся ошибка является результатом этого запаздывания. Пропорциональный канал регулятора (П-канал) форсирует И-канал, компенсируя его собственное запаздывание, увеличивающее ошибку регулирования. Обязательным предварительным условием такого действия каналов ИП-регулятора является минимизация инерционных запаздываний измерения и воздействия, лишающая их зависимости от процесса регулирования, делающая их влияние на этот процесс подобным действию "чистого" запаздывания. Иначе П-канал регулятора будет дополнительно загружен компенсацией зависимости инерционных запаздываний от процесса регулирования (более того, потребуется дополнить ИП-регулятор дифференцирующим каналом 1-го, а может и 2-го порядка), засоряющей технологическую ясность процесса собственно регулирования. При минимизированных инерционных запаздываниях оптимальной настройке ИП-регулятора (предельное быстродействие без колебаний) соответствует следующая настройка каналов [1]:

- постоянная интегрирования И-канала Ti равна суммарному запаздыванию стана Tz;

- передаточный коэффициент П-канала равен 0.5. Оптимальностъ такой настройки ПИ-регулятора общепризнана. Пропорциональное ослабление каналов ведет к завяливанию отработки, не ослабляя запоминания.

Однако для НСХП требования к регулированию межклетьевых натяжений полосы воздействием на нажимные устройства (на давление) последующей клети меняются в зависимости от скорости полосы. На рабочих скоростях прокатки (>5m/s) достаточно одного И-канала регулятора для поддержания заданного уровня натяжения, усредняющего его колебания от эксцентриситета валков клети (П-канал раскачивает колебания, существенно увеличивает количество срабатываний, изнашивающих нажимные устройства). На малых скоростях прокатки (<5m/s), влияние давления на натяжение ослабевает и И-канал может не запоминать много лишнего, ненужного и не ко времени (П-канал, не обладающий запоминанием, действует ослабленно, но только в реальное время и в правильном направлении).

Известен регулятор межклетьевого натяжения полосы для непрерывного стана холодной прокатки, имеющего нажимные устройства клетей, измерители межклетьевых натяжений полосы и измеритель скорости прокатки, содержащий интегрально-пропорциональный блок, принятый в качестве ближайшего аналога (см. Дралюк Б.Н. и др. Унификация систем регулирования толщины полосы и межклетьевых натяжений на стане холодной прокатки. Производство крупных машин, выпуск XXIV. Электропривод и автоматизация. Москва, Машиностроение, 1975, с.19-33, рис.5).

Поставлена задача оптимально распределить действие И- и П-каналов для регулирования межклетьевых натяжений НСХП.

Задача решена разделением действия каналов и плавным переходом от П-регулятора при нуле (или минимальной) скорости к И-регулятору при рабочей (вплоть до максимальной) скорости полосы. Предлагается: регулятор межклетьевого натяжения полосы для непрерывного стана холодной прокатки, имеющего нажимные устройства клетей, измерители межклетьевых натяжений полосы и измеритель скорости прокатки, содержащий интегрально-пропорциональный блок, в котором вход нажимных устройств какой-либо клети связан с выходом измерителя натяжения полосы до клети через интегрально-пропорциональный блок, при этом пропорциональный и интегральный входы блока связаны с выходом измерителя раздельно через умножители, вторые входы которых через свои нелинейные блоки связаны с выходом измерителя скорости прокатки.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого регулятора межклетьевого натяжения полосы для НСХП.

На фиг.2 показаны осциллограммы реакции предлагаемого регулятора на синусоидальное возмущение натяжения при разгоне и замедлении стана, полученные моделированием.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том (см. фиг.1), что вход нажимных устройств 1 какой-либо клети 2 связан с выходом измерителя отклонения от заданного значения натяжения полосы до клети 3, а также с измерителем скорости прокатки 4 (условно показан измеритель скорости валков данной клети) через ИП-регулятор 5 (условно представленный раздельно И- и П-каналами, объединенными сумматором). Вход И-канала через умножитель 6 и вход П-канала через умножитель 7 связаны с выходом измерителя 3.

Второй вход умножителей связан с выходом измерителя 4 через свой нелинейный преобразователь соответственно 8 (например, с характеристикой sin от 0 до /2) и 9 (например, с характеристикой cos от 0 до 71/2).

Такой регулятор отрабатывает (см. фиг.2) Р, медленно изменяющееся отклонение натяжения F при разгоне и замедлении стана V с ошибкой FP, зависящей от уровня скорости прокатки, - от нуля до заданной минимальной скорости действует только пропорциональный П-канал (с ошибкой FP Р), выше заданного начала рабочей скорости действует только И-канал регулятора (с ошибкой FH Р). Между этими заданными скоростями нелинейные преобразователи 8 и 9 обеспечивают при ускорении стана плавный переход от П-канала к И-каналу, например, как от cos к sin в диапазоне от 0 до /2 и наоборот при замедлении стана, как показано на фиг.2, при изменении скорости стана V в переходном диапазоне от минимальной до начала рабочей и обратно (во времени в долях от инерционного запаздывания стана Tz) для относительно медленного синусоидального возмущения F (с периодом 20 Tz).

Предлагаемый регулятор оптимально распределяет действие каналов ИП-регулятора. П-канал действует на малых скоростях прокатки ослаблено, но в реальное время и в правильном направлении. И-канал действует на рабочих скоростях прокатки, поддерживая заданный уровень натяжения, запоминая лишь отклонения от него, четко гася запомненное при его спадании.

Источник информации

1. Дралюк Б.Н., Синайский Г.В. Системы автоматического регулирования объектов с транспортным запаздыванием, М.: Энергия, 1969, стр.15.