D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.04.057 第22卷第4期 北京科技大学学报 Vol.22N0.4 2000年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2000 全数字电枢电流控制卷取机恒张力系统 孟文博) 孟文涛) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)蒙达发电有限责任公司，内蒙014300 摘要利用8031实现电枢电流控制的卷取机恒张力控制，同时研究了卷径滤波、动态电流 滤波的必要性和实现方法.该模型已成功地在工厂使用. 关键词卷取机；电枢电流：滤波：恒张力 分类号TM382.42 卷取机控制是带钢冷轧很重要的环节，直 动态电流时，采用尾轧机加速度代替卷取机加 接影响成品质量.在无张力反馈控制系统中，最 速度.为了保证I计算的精度，以上公式D,采 常见的卷取机恒张力控制是弱磁控制方式，即 用20位精度，其中GD为： 电枢电流恒定，随卷径增加加大励磁电流.这种 GD=GD+K(D-DO) (4) 控制方式最大缺点是，动态性能差，电机运行效 其中，GD%为初始飞轮矩，D。为空筒卷径，K为 率低.电枢电流控制可以达到良好的动态和稳 比例系数. 态效果.本文讨论了电枢电流控制张力恒定的 13空载电流16 实现方法，断带分析以及卷取机的电路仿真等. 空载电流与？的关系为非线性，可以通过 计算机造表的方法来实现，即通过实验，等间距 1电枢电流控制的基本公式 采样，作n与的关系曲线(n稳定后采样)， 卷取机在轧制过程中的张力大小由张力电 并把此曲线存入EPROM.实际运行中，，的计 流决定，而电机电枢电流由以下几部分构成： 算为：根据实测n,和n的步距，查表找出表中小 I=Iz+la+lo (1) 于n(n)和大于n(2)相邻两点对应的电流I1和 其中，I为电机电枢电流，2为张力电流，为 ,根据以下公式计算： 卷取机动态电流，。为卷取机空载电流.因此， 在给定张力电流的同时，应加入对应的动态电 6-始-0 (5) 为了简化系统，也可认为。与n成正比. 流1和空载电流。，和补偿应十分精确，不 然将使张力发生波动. 2控制系统硬件构成 1.1张力电流2 s.DF2(2) 2.1一路D/A(D/A分时工作) 1DF2=2x0.975U中 h=2Cφμ D/A的输出，通过采保电路LF398作为张 Ox nN 其中，2x0.973瓜为卷取机电动机常数，根据 力电流给定I输出到控制系统的电流环，作为 不同电动机铭牌输入EPROM:Fz为卷取机张 流调的给定， 力设定值，根据不同的轧制钢种，通过操作台的 2.2两路模拟量给定 采样尾轧机的线速度V和卷取机的转速n, 按钮或键盘给定：D为卷径，通过尾轧机线速 度V和卷取机转速n实时计算：4为卷筒与电机 V和n由测速发电机检测，经RC低通滤波器 的变速比，当n<时，中=，当n>时，采用 滤除高频噪声后，与12位D/A输出进行比较， 恒定电势控制，即中与n成反比. 比较的高或低电平分别输入到87C51四的2个 1.2动态电流1 开关量输入口P10和P11.软件在采集V时，D/ GD2d山n A最高位置1，通过D/A输出1/2模拟量，若P10 h=375Cφdt (3) 如果为高电平，最高位为1，否则清0：第2位置 其中，GD为飞轮矩，C中为电机机械常数， 1,通过D/A输出，P10如果为高电平，第2位为 为了满足高性能卷取机控制的要求，计算 1,否则清0，由此类推比较12次，即构成逐次比 1999-1015收稿玉文博男，34岁，讲师 较的AD电路，见图1系统原理图，第 2 2 卷 第 4 期 2以N )年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l o f Un i v e r s ity o f S e i e n e e a n d , fe c h n o l o gy B e ij i n g V匕1 一 2 2 N 0 . 4 A u g . 20 0 0 全数字 电枢 电流控制卷取机恒张力系统 孟文博 ` , 孟文涛 ” l) 北京科技大学信息工程学院 , 北京 1 0 0 83 2) 蒙达发电有 限责任公司 , 内蒙 0 14 3 0 摘 要 利 用 80 31 实现 电枢 电流控 制 的卷 取机恒 张力 控制 , 同时研究 了卷径 滤波 、 动 态 电流 滤波 的必 要性和 实现方 法 . 该模 型 已成 功地在 工厂 使用 . 关键 词 卷 取机 ; 电枢 电流 ; 滤 波 ; 恒 张力 分 类号 T M 3 82 . 4 2 卷取 机控制是 带钢 冷 轧很重 要 的环 节 , 直 接影响成 品质量 . 在无张力反 馈控制系统 中 , 最 常 见 的卷 取机恒张 力控制 是 弱 磁控制 方 式 , 即 电枢电流恒定 , 随卷径增加加大励磁 电流 . 这种 控制方式最 大缺点 是 , 动 态 性能差 , 电机运 行效 率低 . 电枢 电流控 制可 以达到 良好 的动 态和 稳 态 效果 . 本文 讨论 了 电枢 电流控制 张 力 恒 定 的 实现方法 , 断带分析 以及 卷取 机的 电路仿真等 . 1 电枢 电流控制的基本公式 卷取机在轧制过程 中的张 力大 小 由张 力电 流决定 , 而 电机 电枢 电流 l[] 由 以下 几部分构成 : I 二 zI + aI +0I ( l) 其 中 , I 为 电机 电枢 电流 , zI 为张 力 电流 , 几 为 卷取机动 态 电流 , 10 为卷取 机空 载 电流 . 因此 , 在给定 张力 电流的 同时 , 应 加 入对应 的动 态电 流 sI 和 空载 电流 10 . 15 和 10 补偿应十 分精确 , 不 然将使 张 力发生 波动 . L l 张 力电流 zI 动 态 电流 时 , 采用 尾 轧机 加速度 代替卷取 机加 速度 . 为 了保证 sI 计算的精度 , 以上公式 D 。 采 用 2 0 位精度 , 其 中 G D Z 为 : G口 = G瑞十犬 日 (民 一 D打 ( 4 ) 其 中 , G D ; 为初 始飞 轮矩 , 0D 为 空 筒卷径 , sK 为 比例 系数 . 1 .3 空 载电流 10 空 载 电流与 n 的关系为非线性 , 可 以通 过 计 算机造表 的方法来实现 , 即通过实验 , 等间 距 采样 , 作 n 与 10 的关系 曲线 (n 稳定后采样 10 ) , 并把此 曲线存入 E Z P RO M . 实际运 行 中 , 10 的 计 算 为 : 根据实测 n 。 和 n 的步距 , 查 表找 出表中小 于 n( n , ) 和 大于 n( n 2 ) 相 邻两 点对 应的 电流 五 和 几 , 根据 以下 公式计算 : “ 一 五漂瑞 认 一人 , ( 5 ) 1 ZmC 价 BD 。 一 r Z 产 沪 N n N 2 x 0 . 9 7 5秘队 D 。 一 , 、 、 气户户 z 气乙 ) 尹 其 中 , 不不赎聋召畏一为卷取 机 电动 机常数 , 根 据 ~ ” 2 x 0 . 9 7 5秘认 / , 一 以 ~ ` v “ 毛 叨 `盯 “ 甲 趴 ’ ` , 人 扣 不 同 电动 机铭牌输入 E Z P R O M ; zF 为卷取机张 力 设定 值 , 根据 不 同 的轧 制钢 种 , 通过操作 台的 按钮或键盘给定 ; D 。 为卷 径 , 通过尾轧机线速 度 V和 卷取机转速 n 实时 计算 ; 产为 卷 筒与 电机 的变速 比 , 当 n < ` 时 , 功= 价 、 , 当 n > 街 时 , 采用 恒定 电势控制 , 即 价与 n 成 反 比 . 1 .2 动 态 电流 sI G2D 一dndr I B 二 不不履刃二尸丁 J , J ` m甲 ( 3 ) 其 中 , G口 为飞轮矩 , mC 价为 电机机械常 数 . 为 了满足高性能卷取机控 制的 要求 , 计算 19 9 一 1乐 巧 收稿 孟 文博 男 , 34 岁 , 讲师 为 了简 化系统 , 也 可 认 为 10 与 n 成 正 比 . 2 控制系统硬件构成 2 . 1 一 路 D/ A ( D A/ 分 时工作 ) D A/ 的输出 , 通过 采保 电路 L F3 98 作为张 力 电流 给定 I 输 出到控制系统 的电流环 , 作 为 流调 的给定 . .2 2 两路模拟量给定 采 样尾 轧机 的线 速度 V 和 卷取机 的转速 n . V 和 n 由测 速发 电机检测 , 经 R , 毛 低 通滤波器 滤除 高频 噪 声后 , 与 12 位 D A/ 输 出进行 比较 , 比较 的高或低 电平分别输入到 87 C 5 1 〔2] 的 2 个 开 关量输入 口 1P 0 和 lP l . 软件 在采集 V 时 , D / A 最高位 置 1 , 通过 D /A 输 出 12/ 模拟量 , 若 P 10 如果 为高 电平 , 最高位为 1 , 否 则清 0 ; 第 2 位置 1 , 通过 D /A 输 出 , 1P 0 如 果 为 高电平 , 第 2 位为 1 , 否 则 清 0 , 由此类推 比较 12 次 , 即 构成逐次 比 较 的 A心 电路 , 见 图 1 系统 原 理 图 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 04. 057