Устройство для фильтрации сигнала толщины и натяжения полосы на прокатном стане

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛА тожцины и НАТЯЖЕНИЯ полосы НА ПРОКАТНОМ СТАНЕ, содержащее блок сигнатуры и умножитель, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильт ра , а выход умножителя является выходом фильтра, от л и ч а ю щ е .ес я тем, что, с целью уменьшения фазовых и нелинейных искажений сигнала толщины и натяжения полосы. оно дополнительно содержит три формирователя импульсов, интегратор со сбросом в нулевое .состояние, датчик скорости прокатки, четыре ключа, два запоминающих анздоговых блока, повторитель и селектор большего сигнала; причем выход первого формирователя подсоединен к входу сброса интегратора, вход интегратора подсоединен к датчику скорости прокатки, выход интегратора соединен с входом повторителя через первый ключ, первый запоминающий аналоговый блок и третий ключ а также через второй ключ, второй запоминающий аналоговый блок и четвертый ключ, выходы второго и третьего формирователей соединены с управляющими входами первого и второ (Л . го ключей, а выход блока сигнатуры соединен с входами формирователей и управляющими входами третьего и четвертого ключей, входы селектора большего сигнала соединены с выходами интегратора и повторителя, авыход селектора большего сигнала с другим входом умножителя. ю 4 САЭ ОО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g(5O В 21 В 37 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

):

) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3379058/22-02 (22) 11.01.82 (46) 23,06,83. Бюл. Р 23 (72) Б.Н.Дрялюк, А.Е.Тикоцкий, Й.А,Мишин, A.Å.Áðàóí, Б.И.Конторович и Ю.A.Äåíèñåíêo (71) Научно-исследовательский инсти тут тяжелого машиностроения произ- водственного объединения "Уралмаш" (53) 621. 771 ..065 (088. 8) (56) 1. Нелинейные корректирующие, " устройства в системах автоматического управления. Под ред. Е.П.Попова.

"Машиностроение", 1971, с. 197-206, . рис, 5. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ

СИГНАЛА тОЛЩиНЫ И НАтяжЕния ПОЛОСЫ

HA ПРОКАТНОМ СТАНЕ, содержащее блок сигнатуры и умножитель, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильт. ра, а выход умножителя является выходом фильтра, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью уменьшения фазовых и нелинейных искажений сигнала толщины и натяжения полосы, „„SU„„1024133 А оно дополнительно содержит три формирователя импульсов, интегратор со сбросом в нулевое .состояние, датчик скорости прокатки, четыре ключа, два запоминающих анадрговых блока, повторитель и селектор большего сигнала; причем выход первого формирователя подсоединен к входу сброса интегратора, вход интегратора подсоединен к датчику скорости прокатки, выход интегратора соединен с входом повторителя через первый ключ, первый запоминающий аналоговый блок и третий ключ а также через второй ключ, второй запоминающий аналоговый блок и четвертый ключ, выходы второго и третьего формирователей соединены с ю управляющими входами первого и второ.го ключей, а выход блока сигнатуры соединен с входами формирователей и управлястиими входами третьего и четвертого ключей, входы селектора боль щего сигнала соединены с выходами ин-ф тегратора и повторителя, а выход селектора большего сигнала с другим Р Ю4 входом умножителя. СР

1024133

Изобретение относится к автоматиэа ции производственных процессов, а именно автоматическому регулированию толщины и натяжения полосы на станинах холодной прокатки листа и других прокатных станах.

На станах холодной прокатки листа быстродействие систем регулирбнания ограничивается значительным уровнем возмущающего сигнала, который находится в полосе пропускания системы 10 регулирования и усиливается системой до нежелательных значений, в результате чего не уменьшаются, а даже увеличиваются отклонения толшины и натяжения полосы, а также поныша- 15 ется износ механизмов клетей, на которые воздействуют регуляторы (главные привода, нажимные устройства). Для уменьшения воздействия указанных возмущающих сигналов на 20 сйстему регулирования в нее включают соответствующий фильтр.

Линейный фильтр, включенный в контур регулирования, одновременно с подавлением высокочастотных сигналов уменьшает запас по фазе в контуре регулирования, ввиду чего приходится уменьшать общий коэффициент усиления по контуру регулирования, следовательно, и быстродействие ° .

Наиболее близким к изобретению . является псевдолинейный фильтр, у которого нет жесткой взаимосвязи между амплитудной q, Фаэовой характеристикой.

В таком фильтре возможно получить подавление усиления с ростом частоты при значительно меньшем сдвиге по

Фазе, чем в линейном фильтре. Фильтр включает в себя последовательно соединенные блок сигнатуры, линейный 40 фильтр, блок выделения модуля и ум.ножитель, второй вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, а выход является выходом фильтра P1):.

Недостатком фильтра является полУчаемое в нем отставание по фазе, дос" тигающее почти 20, на частах вблизи границы полосы пропускания. Этот сдвиг. по Фазе снижает устойчивость замкнутого контура регулирования.

Вторым недостатком является иска жение формы сигнала при прохождении

c=-го через данный фильтр (внесение высших гармоник. в выходной сигнал фильтра ) иэ-за периодического спадания до нуля выходного сигнала блока выделе- . ния модуля с частотой, н 2 раза большей, чем частота входного сигнала фильтра. При перемножении . входного сигнала фильтра и сигнала блока 60 выделения модуля на выходе фильтра получается сигнал, форма которого существенно отличается от Формы входного сигнала. Дополнительным следствием этого является одновременное

2 ./ искажение постоянной составляющей сигнала.и снижение коэффициента передачи по постоянной составляющей, что ухудшает отработку возмущений низкой частоты.

Цель изобретения - уменьшение фа новых и нелинейных искажений сигнала толщины и натяжения полосы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для,фильтрации сигнала и натяжения полосы на прокатном стане, содержащее блок сигнатуры и умнвжитель, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, а выход умножителя является выходом фильтра, дополнительно содержит три формиронателя импульсов, интегратор со сбросом в нулевое состояние, датчик скорости прокатки, четыре ключа, два запоминающих аналоговых блока, повторитель и селектор большего сигнала, причем выход первого формирователя подсоединен к входу сброса интегратора, нход .интегра" тора подсоединен к датчику скорости прокатки, выход интегратора соединен с нходом повторителя через первый ключ, первый запоминающий аналоговый блок и. третий ключ, а также череэ . второй ключ.. второй запоминающий аналоговый блок и четвертый ключ, выходы второго и третьего формирователей соединены С управляющими входами первого и второго ключей., а выход блока сигнатуры соединен с входами Формирователей и управляющими входами третьего и четвертого ключей, входы селектора большего сигнала соединены с выходами интегратора и повторителя, а выход селектора большего сигнала с другим входом умножителя.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 — диаграмма сигналов на выходах блокрв для различных входних сигналов ц „..

Устройство включает в себя блок

1 сигнатуры и умножитель 2, первый вход которого соединен с входом блока сигнатуры и служит входом фильтра, выход умножителя 2 является выходом фильтра. К выходу блока 1 сигнатуры подключены входы формирователей 3- 5 импульсов. Датчик 6 скорости прокатки подключен к входу интегратора 7, .к входу сброса интегратора 7 подключен формирователь З..Выход интегратора

7 соединен ключами 8 и 9, входы котбрых подключены к формирователям

4 и 5, с входами аналоговых запоминающих блоков 10 и 11, выходы этих блоков соединены ключами 12 и 13, входы которых подключены к блоку 1, с входом повторителя 14. Выходы ичтегратора 7 и повторителя 14 поступа! ют на входы селектора 15 большего

1024133 сигнала, выход которого поступает на ,второй вход умножителя 2.

Напряжение на выходе блока 1 сигнатуры (U $ ) имеет.. вид прямоугольников с постоянной амплитудой, частота которых зависит от частоты входного сигнала, а скважинность - от наличия во .входном сигнале постоянной составляющей.

В моменты изменения полярности на

: выходе блока 1 запускаются Формирова- 10 тели.3-5 импульсов, .выдающие короткие {по отношению.к периоду входного сигнала) импульсы. При этом второй формирователь .4 выдает импульс только после отрицательного фронта блока сигнатуры, а третий формирователь

5 выдает имнульс только после положительного фронта блока сигнатуры., т.е. каждый из этих формирователей выдает импульс один раз за период входного сигнала. Первый формирова.тель 3 выдает импульс после каждого

Фронта (и положительйого и отрица,,тельного) блока сигнатуры со- сдвигом, несколько больиим длительности импульсов формирователей 4 и 5, т,е; формирователь 3 выдает импульс после каждого импульса формирователей

4 и 5. На фиг.2: приведены выходные

Напряжения формирователей (0 ), полярности импульсов показаны условно: положительные у формирователей

4 .и:5 и отрицательные у Формирователя 3. Действительная полярность. импульсов формирователей 4 и 5 должна быть такой,;чтобы открывать клю- ° 35 чи 8 и 9, .а формирователя 3, чтофы производить сброс, интегратора 7.

На вход интегратора 7 .поступает сигнал датчика 6 скорости прокатки, 40 при каждом изменении полярности входного сигнала (после каждого переброса блока 1 сигнатуры ) формирователь

3 производит сброс . интегратора 7 до нуля, после чего напряжение интегратора:7 0„ линейно возрастает до следую@его переброса блока 1 сигнатуры. При каждом изменении полярности входного сигнала перед сбросом интегратора поочередно импульсами формирователей 4 и 5 открываются ключи 8 и 9 и конечное напряжение интегратора 7 эа предшествующее время поступает на вход аналоговых запойинающих устройств (АЗУ) 10 .и.11. В каждом иэ них конечное напря-55 жение интегратора. запоминается на время одного периода, но благоДаря сдвигу импульсов формирователей 4 и 5 (один после отрицательной„ другой послЬ положительной полярности(О „) 6О напряжение может быть разным при разной длительности импульсов положительной и .отрицательной полярности блока 1 сигнатуры, т.е при несиммет-, ричном входном сигнале.

Выходы АЗУ 10 и 11 соединяются ключами 12 и 13 с входом повторителя 14; кличи 12 и 13 управляются напряжением блока 1 сигнатуры, причем открываются поочередно напряжением положительной и отрицательной полярности. Чередование работы ключей 8, 9, 12 и 13 устанавливается таким, что ключ 8 эаьыкается после поляр ности напряжения ", при которой был замкнут ключ 12, а ключ 9 заимка ется после отрезка времени, когда был замкнут ключ 13 °

Через ключи 12 и 13 напряжение А3У

10 и 11 поочередно через повторитель

14 поступает на один вход селектора

15, на другой вход которого поступает напряжение интегратора 7; большее из этих напряжение с выхода селектора 15(Uq) поступает на второй вход умножителя 2 и служит коэффициентом, на который умножается входной сигнал.

Таким образом, интегратор, 7 производит измерение относительной длительности последовательно положительных и отрицательных импульсов блока

1 сигнатуры (относительной в том смысле, что масштаб измерения зависит от сигнала датчика б скорости про-. катки, т.е. выход интегратора пропорционален произведению длительности импульса и скорости прокатки). Тем самым учитывается технологический

Фактор, что частота возмущений определяется длиной периода колебаний толщины полосы. Далее замеренная длительность импульса запоминается в виде напряжения и используется как коэффициент передачи фильтра на следующей полуволне той.же полярности входного сигнала.

При низкой частоте входного .сигнала (больк1ая длительность импульсов) коэффициент передачи Фильтра будет максимальным (равным единице ) при повышении частоты коэффициент передачи снижается (на Фиг.2 коэффициент передачи фильтра 0,8), при этом отсутствует сдвиг си,"нала по фазе и высшие гармоники.

При несимметричном входном сигнале включающем низкочастотную или постоянную составляющую коэффициент передачи фильтра при различной полярности входного сигнала будет различным ввиду их разной длительности. Сигнал полярности с меньшей длительностью полуволн подавляется сильнее (фиг.,2). В результате этого размах пульсаций подавляемого сигнала уменьшается так же, как и при отсутствии постоянной составляющей, а постоянная составляющая уменьшается в значительно меньшей степени и может даже увеличиваться. Мак, в конкретном случае, приведенном на фиг;2, размах пульсаций выходного сигнала составляет 0,87 от размаха

1О241ЗЗ

/Х

Фиг. f пульсаций входного сигнала, а посто,янная составляющая выходного сигнала от входного сигнала, Благодаря этому уменьшается ненужное воздействие технологического регулятора по высокой частоте и сохраняется необходимое воздействие по низкой частоте, что повышает эффективность регулирования.

Сдвига сигнала по фазе нет, искажение сигнала весьма мало.

Селектор 15 дает возможность при 10 увеличении длительности полупериода увеличивать коэффициент передачи

Фильтра в этом же полупериоде.

Опытный образец предлагаемого устройства выполнен на четырех опе- 15 рационных усилителях, четырех полевых транзисторах разной проводимости и стандартном множителе.

Устройство прошло опытное опробование всистеме регулирования толщины íà 20 непрерывном стане холодной прокатки.

Результаты испытаний подтвердили, что постваленная цель достигнута (исключен сдвиг фазы, повышен коэффициент передачи по .постоянной составляющей), вместе с тем выполняется эффективное амплитудное подавление высокочастотных колебаний в системе регулирования. Это дало возможность повысить коэффициент усиления и быстродействие регулятора толщины, следовательно точность регулирования.

Эффективность от использования устройства в системах регулирования толщины и натяжения полосы заключается в улучшении качества полосы (выхода высокосортной продукции, уменьшении числа обрывов и т.д.) . Экономическая эффективность от внедрения на один непрерывный стан холодной прокатки составит 320 тыс.руб.

1024133

Составитель В.Этинген

Редактор Т.Киселева Техред Ж.Кастелевич. Корректор Л Вокшан

Эаказ 4282/б Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва, Ж-35 Раушская наб., д.4/5

Филиал IIIIII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4