Устройство для фильтрации высокочастотных отклонений толщины и натяжения полосы на прокатном стане

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (111910259 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

Р М К,з (22) Заявлено 090780 (23) 2958974/22-02

В 21 В 37/00 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53)УДК 621.771.065 (088. 8) Опубликовано 070382. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 070382 -"У с

Б . Н. Дралюк, Б . И . Кон торович, Г. В. СиНайский", "-"=

Ю.А. Мишин, С.К. Щипанов и В.Н. Саннйков.

) (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт тяжелого машиностф (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ

ОТКЛОНЕНИЙ ТОЛЩИНЫ И НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОСЫ

HA ПРОКАТНОМ СТАНЕ

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов, а именно, к регулированию толщины и натяжения полосы на прокатном стане.

В процессе прокатки полосы на ее толщину и межклетевые натяжения накладываются высокочастотные откло« нения, основным источником которых является эксцентриситет прокатных и опорных валков клетей стана. Частота этих отклонений такова,что регуляторы толщины и натяжения полосы не успевают их отработать. Более того, регуляторы резонируют на эти отклонения, увеличивая их амплитуду.

Регулятор, настроенный на оптимальный переходный процесс (с перерегулированием 5-10%), удваивает амплитуду колебаний резонансной частоты.

В результате снижаются качество прокатной полосы (увеличиваются отклонения толщины) и устойчивость процесса прокатки (увеличиваются отклонения натяжения полосы) °

Такое действие регуляторов приводит к повышенному износу механизмов клетей, на которые воздействуют регуляторы. Поэтому нужно не пропускать в регуляторы возмущения резонансной частоты, не снижая при этом быстродействия регулирования.

Известен линейный фильтр (1) низких частот

Но линейный фильтр, уменьшая амплитуду отклонений, вносит фазовый сдвиг сигнала. Поэтому применение такого фильтра ведет к уменьшению запаса устойчивости и требует соответствующего замедления действия регулятора. Кроме того, не полностью устраняется резонирующее действие регулятора, так как при применении ли-, нейного фильтра резонансная частота контура регулирования смещается в сторону более низких частот.

Наиболее близко к предлагаемому устройство (2) которое содержит соединенные последовательно элеме т сравнения, узел с насыщением и операционный. усилитель. Выход операционного усилителя связан с одним из входов элемента сравнения, и тем самым устройство имеет цепь общей отрицательной обратной связи. Операционный усилитель включен в режиме интегратора. Узел с насыщением имеет большой коэффициент усиления такой, что его характеристика близка к релейной.

910259

Если темп изменения входного сигнала устройства не превышает некоторого предельного темпа, элемент с насыщением работает на линейной части своей характеристики. При этом, устройство без существенного искажения повторяет входной сигнал. .Это объясняется тем, что эквивалентная постоянная времени устройства благодаря большому усилению элемента с насыщением мала. При темпе нарастания входного сигнала устройства, превышающем предельный или равном ему выходной сигнал элемента с насыщением заходит в область ограничения. И устройство ограничивает сигнал в соответствии с заданным пре,цельным темпом изменения. Величина предельного темпа определяется уровнем ограничения узла с насыщением.и постоянной интегрирования интегратора.

Если подать йа вход такого устройства отклонения переменной частоты (при заданной амплитуде), то до определенной частоты, пока темп нарастания полуволн отклонений не превысит предельного темпа, эти колеба- 25 ния будут передаваться устройством без заметного искажения. Выше этой частоты устройство начинает уменьшать амплитуду отклонений, и при некоторой частоте колебания можно З() считать исключенными из сигнала.

Однако процесс подавления амплитуды высокочастотных отклонений толщины или натяжения прокатываемой полосы таким устройством сопровож-, Я дается фаэовым сдвигом сигнала, который доходит до 90 . Поэтому известо ное устройство не позволяет подавить отклонения резонансной частоты при сохранении заданного быстродействия контура регулирования.

Цель изобретения — минимизация фазового сдвига сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее элемент сравнения, узел с насыщением, операционный усилитель, дополнительно цепи обратной связи операциочного усилителя включено нелинейное дифференцирующее нарастающий сигнал звено.

Кроме того, в устройство введен сумматор, один вход которого соединен с выходсм операционного усилителя непосредственно, а другой — через нелинейное дифференцирующее спадающий сигнал звено. 55

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства1 на фиг. 2 — пока1 зано его действйе на гармонические отклонения; на фиг. 3 — при наложении гармонического отклонения на линейно нарастающи сигналы; на фиг. 4 — приведено исполнение нелинейного дифференцирующего нарастающие сигналы звена; на фиг. 5 — поКазано действие устройства, когда в нем применено нелинейное звено, дифференцирующее спадающие сигналы; на фиг. 6 — дано исполнение нелинейного дифференцирующего спадающие сигналы звена.

Сигнал, поступающий на вход 1, пропорциональный отклонению толщины или натяжения прокатываемой полосы от заданного значения (фиг. 1), по,ступает на один из входов элемента 2 сравнения и далее через узел 3 с насыщением — на вход операционного усилителя 4.

В обратную связь усилителя 4 включено нелинейное дифференцирующее звено 5. Выходной сигнал усилителя поступает на другой вход элемента 2 сравнения (цепь отрицательной обратной связи), а также на сумматор 6 непосредственно и через нелинейное дифференцирующее звено 7

При подаче на вход устройства колебаний, темп нарастания полуволн которых превышает предельный, с началом каждого полупериода колебаний сигнал, ограниченный по величине узлом 3 насыщения, поступает на вход усилителя 4. Напряжение на выходе усилителя начинает увеличиваться. Характеристика нелинейного дифференцирующего звена 5 такова, что оно дифференцирует только нарастающий сигнал, и при нарастании сигнала усилитель 4 ведет себя как интегратор.

Характер изменения сигнала на выходе усилителя 4 показан на фиг. 2.

При этом темп нарастания сигнала определяется максимальным выходным сигналом узла 3 и постоянной интегрирования усилителя 4.

В момент времени, когда сигнал превысит сигнал на входе 1, напряжение на выходе узла 3 с насыщением сменит полярность, а напряжение на выходе усилителя 4 начнет уменьшаться (точка a ).

Характеристика нелинейного звена такова, что при спаде сигнала обратная связь усилителя 4 размыкается.

Устройство в этом режиме превращается в единый операционный усилитель с большим коэффициентом усиления и общей цепью отрицательной обратной связи. Узел 3 с насыщением при этом переходит на линейный участок своей характеристики.И при спадении сигнала от точки ct до точки 6 вступает в дейстВие обратная связь с выхода усилителя 4 на вход элемента 2 сравнения.

В следующий полупериод колебаний характер формирования сигнала повторяется. Таким образом, устройство ограничивает амплитуду сигнала, но моменты перехода через нуль входного и выходного сигкалов устройства совпадают. Это обеспечивает минимальный фазовый сдвиг основной гармони9 J 0259

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Знаменский А.E. Теплюк И.Н.

60 Активные фильтры, И., .Связь, 1970, с. 30.

2. Лебедев E.Ä. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока, М., Энергия, 1970, 65:c. 9 Риса 2-3 В. ческой составляющей выходного согна- в ла относительно входного сигна ведение в ст йс

У ро тво нелинейноВ процессе прокатк о сигнала. го дифферен и и полосы на ста- налы звена 7 и суммато а б р ц рующего спадающие сигне настройка контуров регулирования и сумматора б позволяет изменяется, например, в функции скодополнительно уменьшить а ф зовый рости прокатки. При изменении настрой- Н ф сдвиг сигнала, вносимый с устройством. ки регуляторов изменяется их а фиг. 5 (кривая м ) х резо- ной сигнал ст ой

) показан выходнансная частота. Поэтому б тре уется ный с примечением у р ства, сформированперестраивать устройство, изменяя ием нелинейного звена величину граничного темпа, кото ый

7 и сумматора 6.Исп сполнение нелинейнокоторый, го звена. 7 .дано на фиг.б.у звена 7 как отмечалось, определяется уровнем раздел ограничения узла 3 с насыщением и я ены посредством ио ов постоянной интегрирования нарастаю- pàñòàíèè

Ряда и Разряда конденсаторов.П и нари нащего сигнала усилителем 4. Для авто- полярн астании сигнала в зависимости от е го матической перестройки устройства 9 рности заряжается кон енс д сатор 8 или соответственно через диод 14 нужно сделать управляемым входное или 15 П о сопротивление усилителя 4 или уровень 15 не вли роцесс заряда конденсаторов не влияет на выходной сигнал суммаограничения узла 3, соединив усили-, ра. ри спаде величины сигнала конразряжаются соответтель 4 или узел 3 с датчиком скорос- денсаторы 8 9 ственно по цепи диод 16, сумматор 6

Предлагаемое устройство является или дио 17 од, сумматор б. Ток разрянелинейным, поэтому важно рассмот- 20 да конд н а конденсаторов дополнительно увереть его действие при наложении сиг- личивает темп спада выходного сигнаналов. На фиг. 3 показаны колебания 6, ла ус и а стро ства. При этом дополнительчастота которых такова, что они про- но уменьшается фазовый сдвиг основбеэ иск пускаются устройством, практически ной гармони но гармонической составляющей выеэ искажения. При прохождении че- yg ходного сигнала устройства относирез устройство высокочастотных откло- тельно входно входного сигнала. нений (сигнал a) их амплитуда умень- Эфф ффективность устройства заклюшается (кривая д ) . Кривая е соответ- чается в то ается в том, что оно подавляет выствует выходному сигналу устройства сокочастотные отклонения толщины и при наложении гармонического сигна-. натяжения тяжения полосы на непрерывном прола . на постоянный сигнал . Кривая катном стане практ соответствует выходному сигналу передаваемо стане практически без сдвига ередаваемого сигнала по фазе. Приустройства при подаче на его вход е ие его в системах автоматичесгармонического сигнала ъ и линейно кого регулирования толщины и натянарастающего сигнала и . Темп нарас- жения полосы позволяет:повысить катания сигнала и выбран меньше предель-" чество прокаты и р катываемо полосы и устойного, и он не ограничивается устрой- чивость проц сс ь процесса прокатки. ством. При наложении гармонического сигнала на линейно нарастающий, темп нарастания которого равен предельно- Формул ормула изобретЕния му (кривая к ), выходной сигнал уст- 4р ройства будет соответствовать кривой стро ство для фильтрации высокоа при наложении сигнала ъ на сиг- частотных отклон ий тклонени толщины и натянал,. нарастающий с темпом, больше жения полосы а л сы на прокатном стане, сопредельного, выходной сигнал ограни- держащее последов тр ее последовательно соединенные чивается предельным темпом.

Из фиг. 3 видно, что устройство. и операционный усилитель выход котоподавляя колебания, пропускает ли- рого соединен с элементом сравнения, нейно нарастающий сигнал с некото- о т л и ч а ю щ ой ! 1 тли чающее с ятем,что, рой потерей сигнала, аналогич- с целью минимизации разового сдвига ной наличию .малой зоны нечувствитель- сигнала в обратну ности. Однако такая зона нечувстви- ного усилителя, оно содержит нелидиф еренцирующее звено и сумтельности не превышает амплитуды ко нейное дифференци ю ее лебаний. матор, один вход которого соединен

На фиг. 4 показан пример испол- с выходом операционного усилителя нения нелинейного дифференцирующего непосредственно, а другой — через ненарастающий сигнал устройства. В за- 55 линейное дифференцирующее звено. висимости от полярности входного сигнала усилителя 4 заряжается конденсатор 8 или 9. Конденсатор 8 заряжается по цепи диоды 10,11, конденсатор 9 — по цепи диоды 12,13. При нарастании сигнала усилитель 4 ведет себя как интегратор. Постоянная интегрирования при этом определяется входным сопротивлением усилителя и емкостью конденсаторов 8, 9.

9)0259

Составитель В. Этинген

Техред Л. Пекарь Корректор С. Щомак

Редактор Б. Федотов

Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 962/7

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4