Система для программного управления правильной машиной

 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах числового программного управления, например, автоматическими линиями для поперечной резки рулонной стали в качестве подсистемы для программного управления разматывающим устройством и правильной мапшной. Цель изобретения - повышение надежности функционирования и расширение области применения путем обеспечения возможности программного изменения параметров системы управления при изменении параметров обрабатываемого материала. Система содержит блок задания программы, блоки постоянной памяти, шесть множительных устройств, семь сумматоров, блок коммутации кодов радиуса рулона , коммутатор, усилители, разматывающее устройство, правильную машину , первый и второй тахогенераторы, первый-третий датчики тока, первый и второй регуляторы скорости, первый и второй токоограничители, первый и второй регуляторы тока, якорь двигателя правильной машины, якорь двигателя разматывающего устройства, тиристорный преобразователь, обмотку возбуждения двигателя разматывающего устройства, цифроаналоговый преобразователь , функциональный преобразователь , формирователь сигнала коррекции , задатчик интенсивности разгона и торможения, измеритель радиуса . В данной системе демпфирование колебаний натяжения ленты повьштает надежность ее функционирования, снижает вероятность появления излома ленты, увеличивает срок работы оборудования , снижает потери в двигателе первичной машины. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) (31) (594 С 05 В 19 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4038487/24-24 (22) 19.03.86 (46) 30.07.87 Вюл. У 28 (71) Научно-исследовательский институт автоматизации управления и производства (72) И.Ю.Власенко, И.П.Капустник, В.Ф.Кокорев, А.И.Павлов, С.В.Суярко, Г.Н.Тимонькин, С.Н.Ткаченко, В.С.Харченко и В,M.×åðíûøåâ (53) 62 1.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 516019, кл. G 05 В 19/04, 1976.

Чиликин И.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода, M.: Энергия, 1979.

Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1983, вып.

8 (118), с. 16-18, рис. 1. (54) СИСТЕМА ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРАВИЛЬНОЙ МАШИНОЙ (57) Изобретение. относится к области автоматики и может быть использовано в системах числового программного управления, например, автоматическими линиями для поперечной резки рулонной стали в качестве подсистемы для программного управления разматывающим устройством и правильной машиной. Цель изобретения — повышение надежности функционирования и расширение области применения путем обеспечения воэможности программного изменения параметров системы управления при изменении параметров обрабатываемого материала. Система содержит блок задания программы, блоки постоянной памяти, шесть множительных устройств, семь сумматоров, блок коммутации кодов радиуса рулона, коммутатор, усилители, раэматывающее устройство, правильную машину, первый и второй тахогенераторы первый-третий датчики тока, первый и второй регуляторы скорости, первый и второй токоограничители, первый и второй регуляторы тока, якорь двигателя правильной машины, якорь двигателя разматывающего устройства, тиристорный преобразователь, обмотку возбуждения двигателя разматывающего устройства, цифроаналоговый преобразователь, функциональный преобразователь, формирователь сигнала коррекции, задатчик интенсивности разгона и торможения, измеритель радиуса. В данной системе демпфирование колебаний натяжения ленты повышает надежность ее функционирования, снижает вероятность появления излома ленты, увеличивает срок работы о6орудования, снижает потери в двигателе первичной машины. 4 э.п. ф-лы, 10 ил.

132?065

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах числового программного управления, например, автоматическими линия5 ми для поперечной резки рулонной ста-. ли в качестве подсистемы для программного управления разматывающим устройством и правильной машиной.

Цель изобретения — повышение на- 10 . дежности функционирования и расширение области применения системы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема данной системы.

На фиг.2-8 — функциональные схемы 15 блока задания программы, множительных устройств, блока коммутации кода радиуса рулона, коммутатора, функционального преобразования,формирователь Сигнала коррекции, датчика интен-20 сивности разгона и торможения соответственно; на фиг.9 — зависимости магнитного потока двигателя от тока возбуждения 1 ; на фиг.10 зависимости m/rn от < / < при ?5 различных величинах Ь /Ь (причем

- /г мсикс

m=>> И, где j- — приведенный к вагГ лу двигателя суммарный момент инерции разматывающего устройства, текущий радиус рулона, m „, — макси- 30 мальное значение величины, максимальный радиус рулона,  — ширина ленты, В„„„, — максимальная ширина ленты), Система для программного управления (фиг.1) содержит блок 1 задания программы с первым 1.1 и вторым 1.2 выходами адреса, выходами режима 1,3, натяжения 1,4, минимального радиуса 1.5 и задания скорости 1.6, первый 2 и второй 3 блоки постоянной памяти, первое 4 — третье 6 множительные устройства, первый 7 — седь— мой 13 сумматоры, блок 14 коммутации кодов радиуса рулона, комму- 45 татор 15, первый 16 — четвертый 19 усилители, разматывающее устройст- во 20, правильную машину 21, рулон 22, первый 23 и второй 24 тахогенераторы, первый 25 — третий 27 датчики тока, первый 28 и второй 29 регуля„торы скорости, первый 30 и второй 31 токоограничители, первый 32 и второй 33 регуляторы тока, якори 34 и

35 двигателей разматывающего устройства и правильной машины соответственно, тиристорный преобразователь 36, обмотку 37 возбуждения двигателя разматывающего устройства, цифроаналоговый преобразователь 38, функциональный преобразователь 39, формирователУ 40, сигнала коррекции, задатчик 4 1 интенсивности разгона и торможения, измеритель 42 радиуса, третий 43 — пятый 45 блоки постоянной памяти, четвертое 46 — шестое 48 множительные устройства.

На фиг.1 показана связь рулона 22 с правильной машиной через упругую ленту.

Блок 1 задания программы содержит первый 49 — четвертый 52 тумблерные регистры, тумблер 53, группу резисторов 54 и потенциометр 55. Нулевой полюс источника питания через размыкающие контакты первого 49 и второго

50 тумблерных регистров соединен с первым 1.1 и вторым 1,2 выходами адреса блока 1 задания программы соответственно, а через размыкающие контакты третьего тумблерного регистра 51 — с его выходом 1.5 кода минимального радиуса. Первый положительный полюс источника питания соединен с замыкающими контактами первого 49 — третьего 5 1 тумблерных регистров, а через тумблер 53 — с выходом 1.3 режима блока 1 задания программы, вход которого через группу резистров 54 и четвертый тумблерный регистр 52 соединен с выходом

1.4 задания натяжения блока 1 задания программы. Второй положительный полюс источника питания соединен через среднюю точку потенциометра 55 с выходом 1.6 задания скорости блока 1 задания программы.

Множительное устройство 4 (5,6,4648) содержит цифроаналоговый преобразователь 56, операционный усилитель 57, резистор 58. Первый вход . множительного устройства 4 (5,6,46-48; соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя 56, цифровой вход которого соединен с вторым входом множительного устройства

4(5,6,46-48), а выход через параллельно соединенные резистор 58 и операционный усилитель 57 соединен с выходом множительного устройства 4(5,6 — 4648) .

Блок 14 коммутации кода радиуса рулона (фиг.4) содержит элемент 59 сравнения, коммутатор 60 первый б 1 и второй 62 одновибраторы, триггер 63, элемент 64 И и элемент 65 ИЛИ.

1327065

Коммутатор 15 (фиг.5) содержит первый 66 и второй 67 операционные усилители, реле 68, первый 69 четвертый 72 резисторы.

Функциональный преобразователь 39 (фиг,6) состоит из первого 73 и второго 74 операционных усилителей, первого 75 — четвертого 78 диодов, первого 79 — одиннадцатого 89 резисторов, первого 90 — третьего 92 по тенциометров.

Формирователь 40 сигнала коррекции и седьмой сумматор 13 содержат первый 93 — девятый 101 операционные 15 усилители, первый 102 — двадцать пя- тый 126 резисторы, первый 127 — четвертый 130 конценсаторы.

Задатчик 41 интенсивности време. ни разгона и торможения содержит первый 131 и второй 132 резисторы, конденсатор 133 и операционный усилитель 134.

Назначение и принцип действия оснавнь|х блоков и устройство системы для программного управления правиль пай машиной состоит в следующем.

Блок 1 задания программы предназначен для задания значений параметров ленты, процесса управления и режимов работы системы.

С помощью тумблерных регистров 49 и 50 на выходы 1.1 и 1.2 блока 1 выдаются двоичные адреса кодов шири35 ны В и толщины ленты, а также велич "3/"" чин В и h, которые записаны в блоки 2,3,43 и 47 соответственно.

На тумблернам регистре 51 задается двоичный кад константы (минимального радиуса), поступающий на выход

1.5 блока 1 и используемый в качестве кода радиуса рулона, когда его фактический радиус становится меньше минимальнога.

Тумблером 53 задается один из двух возможных режимов работы системы:

A. Режим регулятора скорости, используемый при заправке ленты.

При этом приводы раэматывающего устройства и правильной машины через ленту между собой не связаны. Этому режиму соответствует разомкнутое положение тумблера 53.

Б. Режим регулятора момента, используемый при размотке. В этом режиме оба привода связаны между собой через упругую ленту и тумблер 53 должен быть замкнут., Группа резисторов 54 и тумблерный регистр 52 обеспечивают задание требуемого натяжения ленть1 путем регу.лирования величины тока, протекающего с выхода токоограничителя 31 далее на коммутатор 15. Для этого с помощью тумблерного регистра 52 выбирается необходимая величина сопротивления группы резисторов 54.

С помощью потенциометра 55 задает-. ся требуемая скорость разметки. Блоки 2,3,43-45 предназначены для хранения различных двоичных кодов ширины В. толщины h ленты, а также величин В, h и 1. / . Выбор ко

Н12

/ осуществляется в соатветт ствии с величиной <т. Блоки 2,3,43 — 45 могут быть выполнены, например, на основе микросхем К!55РЕЗ, 556РТ5, являющихся постоянными запоминающими устройствами статического типа.

Множительные устройства 4-6, 46-48 осуществляют умножение аналогового сигнала, поступающего с выхода усилителя 17 (12, 5, 13, 46 и 47) на цифроной кад с выхода блока 14 (2, 3, 43, 44 и 45).

Первое множительное устройство 4 предназначено для умножения сигнала угловой скорости U3p разматывающего устройства на код радиуса рулона К и получения сигнала, пропорционального линейной скорости рулона

= (д 1,. Второе 5 и третье 6 множительные устройства осуществляют последовательное умножение сигнала, пропорционального разности линейных скоростей рулона и валка правильной машины (i = Ч вЂ” „ ), на коды величин ширины В и толщины h ленты. Четвертое 46 — шестое 48 множительные устройства предназначены для последовательного умножения выходного сигнала сумматора 13 на коды величин

В, Ь, 1. / <,. с целью формироР вания корректирующего сигнала, демпфирующего колебания натяжения ленты.

Множительные устройства 4-6, 46-48 выполнены по идентичной схеме (фиг.3) на основе цифроаналогового преобразователя 56, в качестве которого может быть использована микросхема К572ПА1А, и операционного усилителя 57 (микросхема К14СУД7),резистора 58.

1327065

Сумматоры 7-12 предназначены для суммирования соответствующих сигналов, пропорциональных скорости вращения, току якоря двигателя, току обмотки возбуждения и линейной ско- 5 рости соответственно.

Сумматор 13 осуществляет суммирование сигналов, формируемых на выходах наблюдающего устройства 40, Этот сумматор собран на резисторах 123-125

10 и параллельно соединенных операционном усилителе 101 и резисторе 126„.

Сумматор 12 выполнен аналогично сумматору 13,но в отличие от сумматора 13 предназначен для суммирования не трех, а двух сигналов, Блок 14 коммутации кода радиуса рулона служит для сравнения кода величины текущего радиуса рулона т с кодом минимального радиуса рулона „,„ 20 и выдачи на выходе кода текущего радиуса рулона $(R ), если R )i и кода минимального радиуса рулона

R 4 R

25 При переходе в режим работы Б, т.е, замыкания тумблера 53 блока задания программы, первый 61 одновибратор формирует импульс установки в нуль триггера 63, на первом выходе которого появляется единичный сигнал, 30 резрешающий прохождение кода текущего радиуса рулона В„на выходе блока 14 коммутации кода радиуса при

Б., Ъ Б. „. При формировании сигнала триггер 63 устанавливается в единичное положение и на выход блока 14 коммутации кода радиуса поступает код минимального радиуса рулона к ин 40

При R„c. R управление двигателем разматывающего устройства производится при фиксированном магнитном потоке. Фиксация магнитного потока осуществляется путем подачи кода мини- 45 мального радиуса рулона, „ на цифроаналоговый преобразователь 38 в момент отвода прижимного ролика в крайнее верхнее положение. Отвод при кимного ролика производится для того, чтобы избежать его поломки от удара о механизм крепления рулона при окончании размотки. Окончание размотки рулона производится при постоянном магнитном токе двигателя разматы— вающего устройства.

Установка триггера 63 в нулевое положение осуществляется при IIepexoде в режим работы Б, импульс установки формируется первым одновибратором 6 1, или по включению питания при наличии сиг нала > Бонн импул ьс установки при включении питания формируется вторым 62 одновибратором, элементом 59 сравнения и элементом

64 H. Длительность импульса, на выходе второго одновибратора 62 подбирается такой, чтобы за это время успел сформироваться сигнал R или R „„,„„ в зависимости от ве. личины радиуса рулона.

Блок 14 коммутации кода радиуса рулона может быть выполнен например, на микросхемах серии К155 (схема 59 сравнения на микросхемах типа

К155ИМЗ, первый 6 1 и второй 62 одновибраторы — I<155AP 1, коммутатор 60, элемент 64 И и элемент 65 ИЛИ—

К155ЛАЗ, К155ЛИ! и К155ЛЛ1, триггер

63 — К155TM2) .

Коммутатор 15 (фиг. 5) B зависимости от выбранного режима работы А или Б коммутирует на первый выход сигнал с выхода токоограничителя 3 I (в этом случае обмотка реле 68 обесточена и реализуется режим А) или сумму сигналов, поступающих от шестого множительного устройства 48 через первый резистор 69 и с выхода 1.4 блока задания программы через параллельно соединенные второй резистор 70 и первый операционный усилитель 66, третий резистор 71 проходящих через параллельно соединенные второй операционный усилитель 67 и четвертый резистор 72 (при этом обмотка реле 68 находится под напряжением и реализуется режим Б). С второго выхода коммутатора 15 подается управляющий сигнал на вход наблюдающего устройства 40, В качестве операционных усилителей могут быть использованы, например, микросхемы К140УД7, а в качестве реле — реле РЭС 55А.

Усилители 16-19 предназначены для масштабирования и согласования полярности соответствуюших сигналов, Они могут быть .выполнены, например, на основе операционных усилителей

К14ОУД7 .

На фиг. I прямоугольниками условно показаны якорь 34 двигателя правильной машины 21, якорь 35 и обмотка 37 возбуждения двигателя разматывающего устройства 20. Обмотка возбуждения двигателя првильной машины 21 пита! 327065

45

Тиристорный преобразователь 36 совместно с сумматором 11 является элементом регулирования тока обмотки 37 возбуждения двигателя разматывающего устройства.

B качестве сумматора 11, тиристорного преобразователя 36 может быть использовано, например, устройство управления однофазное нереверсивное серии БУ 3509В.

Кроме того, в качестве датчиков

25-27 тока могут использоваться, например, измерительные шунты. ется от независимого источника (на фиг.1 не показана).

Для привода разматывающего устройства 20 и правильной машины 21 мо5 гут быть использованы, например, электродвигатели постоянного тока

2ПФ80 со встроенными тахогенераторами (тахогенераторы 23 и 24) .

Тахогенераторы 23 и 24 предназначены для формирования сигналов, пропорциональных угловым скоростям вращения правильной машины 21 и разматывающего устройства 20.

Датчики 25 и 26 (27) тока служат для измерения величины тока якоря I (обмотки возбуждения i ) двигателей.

Регулятор 28 (29) скорости совместно с сумматором 7(9) формирует сигнал, пропорциональный разности сигналов угловых скоростей от тахогенератора 23 (24) и задатчика 4 1 интенсивности.

Токоограничитель 30 (3 1) предназна- 25 чен для ограничения виличины тока якоря 34 (35) и формирования. сигнала, пропорционального сигналу с выхода регулятора 28 (29) скорости при

„ и сигнала постоянной 30 величины при

Регулятор 32 (33) тока совместно с сумматором 8 (10) служит для регулирования тока якоря двигателя в соответствии с разностью сигналов с выходов датчика 25 (26) тока и тооограничителя 30 (коммутатора 15), а также его последующего усиления.

Датчик 25 (26) тока, регулятор

28 (29) скорости, сумматор.7(9), токоограничитель 30 (3 1), регулятор 32 (33) тока и сумматор 8 (10) могут быть выполнены, например, так же, как в тиристорных агрегатах

TEP.

Цифроаналоговый преобразователь 38 предназначен для преобразования кода радиуса рулона в аналоговый сигнал и может быть построен на микросхеме

К572ПА1Л.

Функциональный преобразователь 39 служит для обеспечения линейной зависимости магнитного потока двигателя разматывающего устройства от тока возбуждения. Зависимость магнитного потока 9 от тока возбуждения приведена на фиг.10 (кривая 1).

Для получения линейной зависимости Р (Т ) (прямая II) необходимо, чтобы сигнал на выходе преобразователя 39 изменяпся по кривой III которая симметрична кривой 1 относительно прямой II. Кривая III аппроксимируется ломаной линией (показана

I пунктиром).

Функциональный преобразователь 39 собран на операционных усилителях

73 и 74 и диодах 75-78. Участки аппроксимации задаются с помощью резисторов 81-86 и потенциометров

90-92. Усиление выходного сигнала осуществляется на элементе 74. Усилители 73 и 74 могут быть выполнены на микросхемах К140УД7, Устройство 40 (фиг.8) гредназначено для восстановления. неизмеримых производных d > T/d t с! аТ/с) по сигналу с выхода усилителя 19, пропорциональному д ь Т/J t. Одновременно в силу известного принципа действия формирователя сигнала коррекции, порядок которого равен порядку объекта управления восстанавливаются Т и 8b T/d t.

Формирователь 40 сигнала коррекции состоит из сумматоров 93, 95 и 97, интеграторов 96 и 98, инвертора 99 и суммирующих интеграторов 94 и 100.

Перечисленные узлы соединены так, что образуют модель дифференциального уравнения объекта управления с обратными связями по восстановленным координатам (p Т, дьТ/ Dt, 1=1..., 3) и обратной связью по корректирующему сигналу, формируемому с помощью сумматора 13 и множительных устройств

46-48 иэ сигналов, пропорциональных

Д л восстановленным с л Т/д t .

Сигнал с выхода усилителя 19 подается на первый вход, формирователя 40 сигнала коррекции, соединенный с входными резисторами 103-106 сумматоров

93, 95 и 97 и суммирующего интегра1327065

I0 тора 100. На третий вход формирователя 40 сигнала коррекции, соединен- ный с входным резистором 102 сумматора 93, подается сигнал задания натяже5 ния с второго выхода коммутатора 15 с целью компенсации ошибок восстановления h Т, j д Т/С1 t при изменении этого сигнала. На входы (резисторы

107, 112-114) суммирующего интегра- 10 тора 94 подаются сигналы, пропорциональные восстановленным 4 Т/1 t л и 4 Т соответственно, Постоянные времени суммирующего интегратора 94 по этим входам являют- 15 ся некоторыми математическими комби— нациями из коэффициентов дифференциального уравнения объекта управления и коэффициентов обратной связи по восстановленным dT 4 ь T/J t, т.е. 20 с помощью резисторов 107, 112-114 при соответствующем выборе их величин сопротивлений осуществляется моделирование и обратная связь по восA становленным ь Т 4 4Т/dt

Обратная связь по сигналу коррекции осуществляется подачей сигнала с выхода множительного устройства 48 на второй вход формирователя 40 сигнала коррекции, который соединен с 30 входным резистором 117 суммирующего интегратора 94 .

Сигналы, пропорциональные восста 1 Л новленным 3 ь Т/с t с выходов интеграторов 94, 96 и 98 подаются на первый — третий входы (резисторы 1?3125) сумматора 13, выход которого соединен с входом множительного устройства 46. Устройство 40 и сумматор

13 могут быть выполнены, например на 40 операционных усилителях К140УД7.

Задатчик 41 интенсивности времени разгона и торможения (фиг,8) представляет собой апериодическое звено, 45 задающее время разгона и торможения приводов при скачкообразном изменении сигнала, поступающего с выхода

1.6 блока задания программы. Требуемое время разгона-торможения задается

50 путем соответствующего выбора постоянной времени, определяемой произведением величин сопротивления резистора

13 1 и емкости конденсатора 133. Коэффициент усиления задатчика 4 1 интен55 сивности времени разгона и торможения определяется отношением величин сопротивления резисторов 132 и 131. Задатчик 4 1 интенсивности может быть реализован, например, на микросхеме

К140УД7.

Рассмотрим принцип действия системы для программного управления.

Пуск и останов системы осуществляется путем по>тачн и снятия питания на потенциометр 55 (фиг.2). Цепи коммутации питания потенциометра 55 йа схеме условно не показаны. Перед пуском системы с помощью блока 1 задания программы задаются режим работы (А или Б) (выход 1.3), коды ядре— сов, по которым в ПЗУ 2,3„ 43 и 44 хранятся коды величин ширины и толщины ленты, а также коды величин

В и h (выходы 1.1 и 1.2); код минимального радиуса рулона (выход

1.5), заданная скорость размотки (выход 1.6), натяжение ленты (выход 1.4) .

В системе для программного управ— пения можно выделить четыре группы технических средств: средства управления двигателем правильной машины (узлы 7,8.23:25, 28, 30 и 32), средства управления двигателем разматывающего устройства (узль> 9-11, 14-.16, 24, 26, 27, 29, 3 1, 33, 36, 38, 39 и 42), средства задания программы ра-боты (узлы 1-3, 4 1, 43 и 44), средства коррекции натяжения ленты (узлы

4-6, 12, 13, 17, 19, 40, 45-48) °

Подсистема управления двигателем правильной машины представляет собой двухконтурную систему регулирования скорости путем изменения напряжения якоря двигателя. Внешний контур (контур регулирования скорости) состоит иэ регулятора 28 скорости, тахогенератора 23, токоограничителя 30. Внутренний контур (контур регулирования тока якоря) состоит из датчика 25 тока и регулятора 32 тока. Двигатель приводит в движение правильную машину 21, основными узлами которой являются редуктор и правильные валки.

Для управления двигателем разматывающего устройства используются два канала управления: обмотка якоря 35 и обмотка 3 7 возбуждения . Обмотка возбуждения, как менее быстродействующий канал используется для управления двигателем при установившейся скорости размотки путем изменения потока возбуждения в функции изменения радиуса к рулона. Обмотка якоря используется для компенсации динами—

-1327065 ческой составляющей натяжения при разгоне и торможении разматывающего устройства и для демпфирования колебаний натяжения при установившейся скорости раэмотки.

Кроме того, путем задания постоянной составляющей тока якоря при размотке задается требуемое постоянное натяжение Т. Соответственно 10 подсистема управления двигателем разматывающего устройства состоит из двух комплектов средств управления: средств управления током якоря, которые состоят из перечисленных выше 15 узлов (23, 28, 30 и 32) подсистемы управления двигателем правильной маши. ны и коммутатора 15, средств управления потоком возбуждения, состоящих из измерителя 42 радиуса рулона 22, 20 цифроаналогового преобразователя 38, функционального преобразователя 39, аппроксимирующего зависимость, обратную зависимости потока возбуждения двигателя от тока возбуждения, тирис- 25 торного преобразователя, питающего обмотку 37 возбуждения двигателя, датчика 27 тока возбуждения, блока 14 коммутации кода радиуса.

Средства управления потоком возбуж 30 дения обеспечивают линейную зависимость потока возбуждения от радиуса рулона, что необходимо для поддержания постоянства натяжения ленты в ус1 тановившемся режиме разматки. При этом величина натяжения определяется выражением

CZ I„9(R )/R (1)

40 где С вЂ” конструктивная постоянная двигателя, 2 — передаточное число редуктора

P разматывающего устройства;

1- — ток якоря.-двигателя Разматы- 45 вающего устройства; Р() — магнитный поток, пропорциональный текущему значению радиуса рулона, — текущее значение радиуса ру-г 50 лона.

Из выражения (1) следует, что при постоянном значении I и линейной зависимости ьР (к ) обеспечивается постоянство натяжения Т при уста.новившейся скорости размотки

Подсистема управления двигателем разматывающего устройства работает в двух режимах А и Б, описанных выше. В режиме А сигнал на вход регулятора 33 тока подается непосредственно с выхода токоограничителя 31.

В режиме Б сигнал с выхода токоограничителя 31 подается на вход ðåгулятора 33 тока через сумматор 10 и через блок 1 задания программы, элементы которого (тумблерный регистр 52 и группа резисторов 54) совместно с элементами коммутатора 15 (операционными усилителями 66 и 67) образуют задатчик натяжения ° С помощью задатчика натяжения выходной сигнал токоограничптеля 3 1 изменяется таким образам, чтобы так якоря 35 двигателя разматывающега устройства соответствовал заданному натяжению (выражение (1)) в статических режимах процесса размотки.

Сигнал задания скорости размотки подается с выхода 1.6 блока 1 через задатчик 41 интенсивности одновременно на вход регуляторов 28 скорости (через сумматор 7) и 29 (через масштабный усилитель 16 и сум" матар 9) .

Входной. сигнал регулятора 29 скорости с помощью масштабного усилителя 16 выбирается таким образом, чтобы линейная скорость рулона при вращении от двигателя разматывающего устройства 20 была несколько меньшей, чем скорость, задаваемая правильной машиной 21 Сигнал задания тока якоря 33 в этом режиме будет постоянным. Его величина определяется выбранным порогом насыщения токоограничителя 3 1 н кодом, набранным.на тумблерном регистре 52.

Средства коррекции натяжения ленты осуществляют формирование корректирующего воздействия, поступающего с выхода множительного устройства 48 через коммутатор 15 на вход сумматора 10 и обеспечивающего демпфирование колебаний величины натяжения при установившейся скорости размоткн, а также форсирующего темпы разгона и торможения размоточно-правильного агрегата.

Эти средства, в свою очередь, могут быть условна разделены на две части: на средства измерения наблюдаемой координаты (узлы 4-6, 12, 17 и 19) и на средства формирования корректирующего воздействия (узлы 13, 40, 46-48).

1327065

Средства измерения осуществляют формирование сигнала производной от приращения натяжения, приближенно пропорциональной разности линейных скоростей валков правильной MGIIiHHbi u рулона. На входы масштабных усилителей I7 и 18 поступают сигналы от тахогенераторов 24 и 23 двигателей разматывающего устройства 20 и пра- 10 вильнои машины 21. Поскольку на пряжение тахогенератора 24 характеризует угловую, а не линейную скорость, то TipH изменяющемся радиусе рулоНа 22 множительное устройство 4 фор- 15 мирует сигнал, пропорциональный линейной скорости, т.е. выполняет операцию умножения ч = ы R 20 где 41> — угловая скорость рулона.

Выполнение этой операции осуществЛяется с помощью цифроаналогового преобразователя 56 множительного уст- 25 ройства 4, на аналоговый вход которого подается сигнал, пропорциональный напряжению тахогенератора 24 с выхода усилителя 17, а на цифровой вход подается код числа, пропорцио- 30 наль ый радиусу йт рулона, с. выхода измерителя 42 радиуса.

Усилителями 17 и 18 сигналы тахогенераторов 24 и 23 масштабируются таким образом, чтобы при равенстве ско- З5 ростей механизмов разность выходньгх напряжений усилителей равнялась нулю.

Кроме того, усилители 17 и 18 служат для согласования полярности ад сигналов на входах сумматора 12, кото рые должны иметь разные знаки. При необходимости каждый из усилителей может быть отключен, а сигнал от соответствующего тахогенератора может подаваться непосредственно на вход множительного устройства 4 или на вход сумматора 12, входными резисторами которого также можно выполнять масштабирование сигналов. Такое построение схемы обеспечивает необходимую .гибкость при наладке системы, Раэностный сигнал с вьгхода сумматора l2 подается на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя множительного устройства 5, и далее на аналогичный преобразователь множительного устройства 6. Иножительные устройства 5 и 6 производят ум— где ьТ

1 приращение натяжения, — расстояние между осями рулона и валков правильной машины, Е". — модуль упругости !Онга.

С другой стороны, механическая часть привода разматывающего устройства (масса якоря двигателя, редуктор, рулон, разматывающее устройство) и упругая лента образует контур натяжения, для которого справедливо следующее дифференциальное уравнение, связывающее приращение натяжения с приращением момента двигателя разматывающего устройства: д,Т Vp ДьТ Rò,2 ЕВ}1

+ + (). —.,Т

Ас 1 d t. Ер 11 т

= — - — — М, (3)

*F ножение сигнала, пропорционального

ЛЧ, на коды, уропорциональные ширине И и толщине h разматываемой ленты, формируемые на выходах блоков 2 и 3 постоянной памяти соответственно.

Таким образом, на вьгход усилителя 19 поступает сигнал, пропорциональный производной от приращения натяжения, который подается далее на вход формирователя 40 сигнала коррекции, Усилитель 19 служит для масштабирования и получения необходимой полярности сигнала на входе формирователя 40 сигнала коррекции и также как усилители 17 и 18 может быть отключен при наладке системы.

При этом выходной сигнал множительного устройства 6 подается непосредственно на вход формирователя 40 сигнала коррекции. Масштабирование сигнала в этом случае может быть выполнено соответствующим выбором величины сопротивления резистора, входящего в состав множительного устройства б.

Необходимость умножения сигнала, пропорционального л1Г на коды, пропорциональные В, h, будет показана в ходе дальнейшего изложения.

Известно, что приращение натяжения разматьваемой упругой ленты связано с разностью линейных скоростей рулона и валков правильной машины лианеризованным дифференциальным уравнением с1,ь Т Чр — ---- ьХ

J t 1

1,327065

10 а степень затухания н= — Vp/21 ° (5) 15

R EBh

)) 1я

17 2. (— — ) (6)

20 т.е. при. = 0,3 м, с, Т = 2 ° 104" Н/м, — 18, величина

Например, 0,8 м, 1,5 м/ — 10 кГм, Р т В1

Р тогда как

1111 А, 35 (— -) и О, 14 4/с

21 где 1 . — суммарный, приведенный к валу двигателя, момент инерции механической части привода разматывающего устройства..

На (3) следует, что частота колебаний контура натяжения

MH= (Vð/21) RTEÂh/(Z ° I 1)/ (4) При мапых значениях линейной скорости рулона стальной упругости ленты " н .„(EBh) " /Z p(1< 1) . (6а)

Численные значения величин соответ- ствуют параметрам, характерным для линий поперечной резки рулонной стали.

Из (6) видно, что контур натяжения весьма слабо демпфирован и любое

45 возмущение этого контура будет приводиться к возникновению слабозатухающих колебаний натяжения.

Демпфирование колебаний в данной системе возможно путем подачи некото- 50 рого корректирующего сигнала на вход контура тока двигателя разматывающего устройства, который состоит из сумматора 10, регулятора 33 тока, обмотки якоря 35 двигателя раэматывающего устройства, датчика 26 тока.

В этом случае объектом управления (коррекции) будут последовательно соединенные контуры тока двигателя разматывающего устройства и контур натяжения.

Известно, что контур тока является звеном второго порядка. При этом приращение момента на валу двигателя разматывающего устройства будет связано с приращением входного сигнала сумматора 10 следующим дифференциальным уравнением:

3- 11,, 1d Hgp

+ 2 Q +У ьИ

К т,1 т Р

4 Кч 112 "т .

К т тдн ) — коэффициент демпфирования контура тока (обычно выбирад ется равным 1Г2/2);

Q = — собственная частота контура т ф тока (Ф ) выбирается равной

0,01 с);

Р

К вЂ” коэффициент пропорциональнос P ти между потоком двигателя разматывающего устройства и текущим радиусом рулона, К вЂ” коэффициент обратной связи по току контура тока, bU — приращение входного сигнала контура тока.

Перемножив характеристические по" линомы, а также коэффициенты правых частей (3) и (7), получим дифференциальное уравнение четвертого порядка, связывающее приращение натяжения с приращением входного сигнала контура тока

4 z Vð Д 0 z — + (+ 2Eu) ° -о-- + ,1 4 1 У т,1 э

Х, Г

EBhR

+ (— — -I 2 +

1I Z

1 р и 4 фТ

+2 — Хи+Я )

Т т,1ф

Vj 2 J д Т R ЕВЬ

+ — ы ) ° —-- + т, ф,фф. 1Г Z 1 I р Кр

СКр и ERBh

КТZр1 е

Легко показать, что при малой и линейной скорости, рулона (Vp < 1,5м/с) а также при /=, ф = 0,01- с в выражениях для коэффйциентов слагаемыми с V /1 можно пнеребречь. При этом получим

3 т < А т ЕВ1К.

+ 2-и т

Т Д,3 j I Z

Z 17

18 г 4 дТ ЕВЬ Йт М д Т

+ ) ) + т, . +

С1 2

Р

Евкою СК ы, Ы„ВЬ

+И, — — —,+дТ = — — — — --" — -ьП (9)

Е е К Е()1

Р

При пренебрежении величиной 1(/1 из (2) следует, что абдт/4с е д ЧЕВА/1, (10) 10 (4) (u х+Ах + Ах +Ах+Ах (2) О) (о) э з 4 0

baU, . (12) где х(=4 дТ/ д t (= О... 4).

При этом з дП = дБ, —,, f х", (13)

1=4

50 где f; — коэффициенты обратной связи, л (;) х " — восстановленные производные (д / J С ; д U — сигнал задания натяжения, Уравнение (12) с учетом (13) в мат55 ричной форме з апис ыв а ется сл едующим образом: х = Лх — bFx + ЬьП„. (14) откуда

4дТ

Bh((V

dt.

) (11)

15 где P = 1/Е, т.е. для получения сигнала, пропорционального 4д Т/4 t измеренную разность линейных скоростей hV необходимо умножить на величину, пропорциональную Bh.

Известно, что колебательность системы упфавления зависит от размещения корней ее характеристического полинома в левой комплексной полуплоскости. Корни, в свою очередь, 25 являются непрерывными функциями

> коэффициентов характеристического полинома.

При пренебрежении )(/1 пара корней характеристического полинома управления является чисто мнимой, т.е. в такой системе имеют место неза тухающие колебания (в действительности при V /1 0 — слабозату)) хающие) .

Демпфирование колебаний осуществ35 ляется с помощью описанных ранее формирователя 40 сигнала коррекции, сумматора 13, множительных устройств

46-48, представляющих собой средст40 ва коррекции.

Запишем (9) в виде где А — сопровождающая матрица коэффициентов объекта управления (коэ(()фициенты Л; в (12); х — вектор координат объекта (1) управления х

Ь вЂ” коэффициент усиления объекта управления„

F — матрица-строка коэффициентов обратной связи.

Уравнение для измеримой величины, пропорциональной J д Т/J t (выходного сигнала усилителя 19):

У = с,х (15)

При этом (16) где К вЂ” коэффициент передачи узлов (4-6, 12, 17-19, 23 и 24 (фиг. 1), Поскольку А и Ь (14) зависят от изменяемых параметров (В,h, RT) объекта управления, то (14) можно представить, как л х = (А+ дЛ)х — (Ь,+д Ь)Fx+

+ (b +дЬ)дц,, (17) где А, Ъ, — некоторые фиксированные (начальные) значения, д А,дЬ вЂ” приращение матрицы А и коэффициента усиления ° .С другой сторонь1, описанное выше наблюдающее устройство 40 совместно с узлами 13, 46-48, моделирует матричное дифференциальное уравнение х =- (Л,— КС, — Ьо Е) х + Кс„х + bî Uî,(18) где К матрица-столбец коэффициентов усиления К; измеряемой величины ((15), которые равны коэффициентам обратной связи по восстановленным коЛ (11 ордннатам х (выражение в скобках (18)).

Коэффициенть) К, определяются вели) чинами сопротивления входных резисторов (103-106), сумматоров 93, 95, 97 и суммирующего интегратора 100 формирователя 40 сигнала коррекции.

Вычитая из (17) и (18) и одновременно вычитая и прибавляя к полученной разности произведения hhF„, получим

19

8х=(Ар-К ф +лЬ )<1 х + (/<А+ьЬР) х+ь Ь4У,<(19) х +(А +ЬГ ) х +(A,+bf2) x +(A<+bf< )x +

+А,х = b д 1З, ° (20) Так как слабость демпфирования объекta управления объясняется малым значением /1, то заменив в (8) и (9) 45 отброшенные слагаемые, содержащие этот множитель, на некоторые другие, можно получить объект с заданным затуханием, уравнение которого будет соответствовать (20).

Из (8) и (20) получим

2 Ф <<т Ь з

bf,=ь7, bf, з f2 2 ь

При такой замене коэффициентом при d л Т/d t «(3) будет bf . Пусть л где d х=х-х — вектор ошибок восстановления координат объекта управления.

Поскольку (19) есть дифференциальное уравнение с правой частью, то ошибка l x будет стремиться к установившейся, если корни характеристичес- 10 кого полинома det(pI-Ар+Кс, -pbF) будут располагаться в левой комплексной полуплоскости. Это достигается таким выбором элементов матрицы

A -Kc,, при котором корни указанно- 15 го полинома для всех значений изменяющегося произведения hbF будут иметь отрицательную действительную часть.

Величины сопротивлений входных резисторов 107, 112-114 суммирующего 2t7 .интегратора 94 находятся по коэффициентам полинома cIet(17I-А,+Ксд), При асимптотически устойчивом полиноме det(pI-A,+Кс -ьЬЕ) установившаяся ошибка будет отличной от нуля только для восстановленного л/,7 (<7

/

Из (12). и (13) следует, что в этом случае характеристический полином (3) (23) Н(р) р

Из (6а?, (9), (29), (23) найдем, что

f,= 217. f — " iв /Bh;

/Bh, 3 o k

<„- 1 < /Bh, т где

Е, = 2 Е„. (25) Из (24) и (25) следует, что коэффициенты усиления сумматора 13 по его входам, соединенным с выходами интеграторов 94, 96 и 98 необходимо вь<брать paBHht f. f02 fo соответственно.

Для демпфирования колебаний контура натяжения с постоянным коэффициентом ф, необходимо выходной сигнал сумматора 13 умножить на величину

11h т, т

Эта операция выполняется с помощью множительных устройств 46 - 48, соединенных последовательно. На цифровые входы множительных устройств

< /2

46-48 подаются коды величин 3

- <1ã

h, I /r< соответственно. Коды этих велйчнн хранятся в блоках посто янной памяти 43-45. Требуемые значе-

43 и 44 постоянной памяти на цифровые входы множительных устройств 46 и 47 при наборе соответствующих адресов требуемых значений кодов ширины В и толщины h ленты на тумблерньм регистрах 49 н 50 блока 1 задания программы.

Код величины I . /

1327065

22 ется из блока 45 постоянной памяти, на адресный вход которого поступает код текущего значения радиуса рулона В. с выхода блока 14 коммутации радиуса. Таким образом, сигнал с выхода сумматора 13, поступающий на аналоговый вход множительного уст""

I "Я/R

Р т ° 4П . 10

Кривые зависимости m = з /R от текущего радиуса рулона В. и ширины ленты В в относительных единицах приведены на фиг. 10 (фиг.10 соответствует зависимости m от изменяюшихся параметров разматывающего устройства линии поперечной резки рупонной стали.

Из кривых ш(БтВ)i видно, что величина m слабо зависит от ширины лен- 2о ты В. Поэтому при построении узлов

45 и 48 этой зависимостью можно пренебречь, Сигнал с выхода множительного 25 устройства 48 через операционный усилитель 67 коммутатора 15 подается на вход сумматора 10. Коэффициент усиления операционного усилителя 67, по входу связанного с множительным уст- 3д ройством 48, равен ецинице. Кроме того, сигнал с выхода множительного устройства 48 подается на второй вход формирователя 40 сигнала коррекции, Коэффициент усиления наблюдающего устройства по этому входу равен Ь т.е. выполняется матричная операция

n,ë (Л -Кс,)х-b Р х (уравнение 18), или (что то же самое) организуется обрат ная связь наблюдающего устройства 4г1 по корректирующему сигналу, Таким образом, демпфирование колебаний натяжения ленты в системе повышает надежность ее функционирования, снижает вероятность появления излома 4б ленты, увеличивает срок гзаботы оборудования, снижает потери в двигателе правильной машины.

I

Кроме демпфирования колебаний в установившемся режиме размотки, описанные выше средства формирования кор ректирующего воздействия формируют сигнал, обеспечивающий дополнительный момент на валу двигателя разматывающего устройства, который сокращает время переходных процессов, компенсируя динамическую составляющую натя жения при разгоне и торможении.

Форггулаиз обретения

1, Система для программного управления правильной машиной, содержащая первые и вторые регуляторы ско. ,рости, регуляторы тока и токоограничители, первый — третий датчики тока, разматывающес устройство, двигатель разматывающего устройства и двигатель правильной машины, первые усилитель и тахогенератор, первый — шестой сумматоры, цифроаналоговый преобразователь, тиристорный преобразователь и ""àäàò÷èê интенсивности разгона и торможения, выход которого соединен с входом первого усилителя и первым входом перво" го сумматора„ выход первого тахогенератора, находящегося на одном валу с якорем двигателя правильной машины и правильной машиной, соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого через первые регулятор скорости и токоограничктель соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через первый регулятор тока соединен с якорем двигателя прагильной машины, выход первого датчика тока, гзключенного в цепь якоря двигателя правильной машины, соеципен с вторым входом второго сумматора, выход третьего сумматора через второй регулятор скорости соединен с входом второго токоограничителя, выход четвертого сумматора через второй регулятор тока соединен с якорем двигателя разматывающего устройства, гзыход второго датчика тока, включенного в цепь якоря двигателя разматывающего устройства, соединен с первым входом четвертого сумматора, выход цифроаналогового преобразователя через функциональный преобразователь соединен с первым входом пятого сумматора, выход которого через тиристорный преобразователь соединен с обмоткой возбуждения двигателя разматывающего устройства, выход третьего датчика тока, включенного в цепь обмотки возбуждения двигателя разматывающего устройства, соединен с вторым входом пятого сумматора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования и расширения области применения, она дополнительно содержит блок задания программы, первый — пятый блоки постоянной памя23.!

327065

25 ти, первое — шестое множительные устройства, второй тахогенератор, коммутатор, блок коммутации кодов радиуса рулона, измеритель радиуса, второй — четвертый усилители, седьмой сумматор, причем выход второго тахогенератора, находящегося на одном валу с якорем двигателя разматывающего устройства и разматывающим устройст- 10 вом, соединен с первым входом третьего сумматора, а через второй усилитель — с первым входом первого множительного устройства, выход первого усилителя соецинен с вторым входом 15 третьего сумматора, выход измерителя радиуса рулона соединен с первым входом блока коммутации кодов радиуса, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 20 и вторым входом первого множительного устройства, выход первого тахогенератора через третий усилитель соединен с первым входом шестого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого множительного устройства, а выход — с первым входом второго множительного устройства, выход режима блока задания программы .соединен с третьим входом блока ком- 30 мутации кодов радиуса рулона и управляющим входом коммутатора, первый выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, выходы задания скорости и минимального радиуса блока задания программы соединены соответственно с входом задатчика интенсивности времени разгона и торможения и вторым входом блока коммутации кодов радиуса рулона, пер- 4р вый выход адреса блока задания программы через первый блок постоянной памяти соединен с вторым входом второго множительного устройства, выход которого соединен с первым вхо- 45 дом третьего множительного устройства, второй выход адреса блока задания программы через второй блок постоянной памяти соединен с вторым входом третьего множительного устройства, выход которого через четвертый усилитель соединен с первым входом устройства, выход второго токоограничителя соединен с первым входом коммутатора и входом блока задания программы, выход задания натя>кения которого соединен с третьим входом коммутатора, первый — третий выходы устройства соединены с первым — третьим входами седьмого сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого множительного устройства, выход четвертого множительного устройства соединен с первым входом пятого множительного устройства, выхоц которого соединен с первым входом шестого множ>-тельного устройства, выход шестого множительного устройства соединен с вторыми входами устройства и коммутатора, второй выход которого соединен с третьим входом устройства, первый и второй выходы адреса блока задания программы и выход блока коммутации кодов рациуса рулона через третий — пятый блоки постоянной памяти соединены с вторыми входами четвертого — шестого множительных устройств соответственно.

Г

2, Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок задания про граммы содержит первый — четвертый тумблерные регистры, тумблер, группу резисторов и потенциометр, причем нулевой полюс источника питания через раэмыкающие. контакты первого и второго тумблерных регистров соединен с первым и вторым выходами адреса блока задания программы соответственно, а через раэмыкающие контакты третьего тумблерного регистра — с выходом кода минимального радиуса, первый положительный полюс источника питания соединен с замыкающими контактами первого — третьего тумблерных регист— ров, а через тумблер — с выходом режима блока задания программы, вход которого через группу резисторов и четвертый тумблерный регистр соединен с выходом задания натяжения блока задания программы, второй положительный полюс источника питания соединен через среднюю точку потенциометра с выходом. задания скорости блока задания программы.

3. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что каждое множительное устройство содержит цифроаналоговый преобразователь, операционный усилитель и резистор, причем первый вход множительного устройства соединен с аналоговым входом цифроаналогоного преобразователя:, цифровой вход которого соединен с вторым входом множительного устройства, а выход че- рез параллельно соединенные резистор

13?7065

26 и операционный усилитель соединен с выходом множительного устройства.

4. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок коммутации

Э кода радиуса рулона содержит элемент сравнения, коммутатор, первый и второй одновибраторы, триггер, эле-. мент И и элемент ИЛИ, причем первый вход блока . коммутации кода радиуса 10 соединен с первым входом схемы сравнения и первым информационным входом коммутатора, выход которого является выходом блока коммутации кода радиуса рулона, второй вход которого соединен 1Б с вторым входом схемы сравнения и вторым информационным входом коммутатора, третий вход блока коммутации кода радиуса соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с 2() первым входом элемента ИЛИ, первый выход схемы сравнения соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ соеди- ?б нен с первым входом триггера, второй вход триггера соединен с вторым ,выходом схемы сравнения, первый выход триггера соединен с первым управляющим входом коммутатора, а второй ЗО выход триггера соединен с вторым управляющим входом коммутатора, выход второго одновйбратора соединен с первым входом элемента И.

5. Система по и, 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что коммутатор содержит первый и второй операционные усилители, реле, первый — четвертый резисторы, причем управляющий вход коммутатора через обмотку реле соединен с нулевым полюсом источника питания, первый вход коммутатора через размыкающий контакт реле соединен с первым выходом коммутатора, второй вход которого через первый резистор соединен с параллельно соединенными вторым .операционным усилителем и четвертым резистором, выход второго операционного усилителя через замыкающий контакт реле соединен с первым выходом коммутатора, третий вход коммутатора через параллельно соединенные первый операционный усилитель и второй резистор соединен с вторым выходом коммутатора, выход первого операционного усилителя через третнй резистор соединен с входом второго операционного усилителя.

)321065

1327065!

327065

1327065 r ианс

pg8. 10

Составитель И.Швец

Техред В.Кадар Корректор А,Тяско

Редактор Е.Копча

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3388/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,