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)

·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算法很難解決壓光機速度跌落的這一控制難點,對傳統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,會對主傳動輥產生較大的摩擦力,使超壓機速度不升反降,這種現象一般稱為速度跌落。由于引紙階段已經完成,如果主傳動的速度沒有穩定上升,會有堆紙現象。一旦采用的方式使得速度超調,紙就會繃斷,給生產操作帶來麻煩。因此,采用一種有效的方式使得速度能穩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,在實際生產中普遍采用普通P ID和附加轉矩相結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小褶皺的現象。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kI是常數,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。使得因積分系數過大而產生的超調甚至飽和現象,以及因積分系數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,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;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 傳統解決方式

目前普遍采用的解決速度跌落的方法是附加轉矩與普通P ID相結合[3]。

關于附加轉矩,每個工程師都有不同的算法來補償普通P ID調節的不足。也就是說,經P ID調節后,主傳動速度跟理論速度差別越大,那么附加轉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定,精確度較低,如果速度不穩定并且在理論速度值上下振蕩,紙幅就會褶皺,出現紙病。最大限度優化P ID調節尤為重要,因此,解決了P ID的調節也就從根本上優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kI是常數,所以在整個控制過程中,積分增量不變。而系統對積分項的要求是,系統偏差大時積分作用應減弱甚至全無,而在偏差小時應加強。積分系數取大了會產生超調,甚至積分飽和,取小了又遲遲不能消除靜差。因此,如何根據系統偏差大小改變積分的速度,對于提高系統品質是很重要的。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兩參數的要求不是很準確,參數整定較容易。

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[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堆紙褶皺現象。而在圖3(b)中,變速積分P ID針對速度跌落問題,系統響應時間加快,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,也不會出現堆紙褶皺現象的發生。圖3(c)中,變速積分P ID參數發生變化后,與普通P ID算法相比,雖然系統的響應時間滯后,但速度的上升比圖3(b)要平穩得多,因此這種算法具有良好的魯棒性,當模型參數變化時,仍然有較好的控制品質。

3 結 語

變速積分與普通積分兩種控制方式雖然類似,但調節方式不同。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。解決了積分系數過大時產生的超調甚至飽和,或者積分系數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)