負(fù)荷平衡控制

1、負(fù)荷平衡控制安連祥1 王會(huì)豐1 楊澤偉2（1、2.河北工業(yè)大學(xué)，電氣自動(dòng)化學(xué)院，天津市 300130）摘要：本文分析了在雙軸傳動(dòng)中影響軋輥負(fù)荷平衡的因素，闡述了負(fù)荷平衡控制原理，編寫(xiě)了負(fù)荷平衡控制的程序設(shè)計(jì)框圖，通過(guò)分析速度曲線、電流曲線驗(yàn)證了應(yīng)用的實(shí)際效果。關(guān)鍵詞：雙軸傳動(dòng)；負(fù)荷平衡；電流差值；負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ALoad balance control AN Hianxiang1, WANG Huifeng1, YANG Zewei2(1、2.Hebei University of Technology Tianjin 300130)Abstract: Th

2、is article analysis the factor which effect the load balance of mill roll, expound the principle of load balance, compile load balance program design flowchart, verify the application through anglicizing the carves of speed and current.Key words: two-axle gear; load balance; current D-value; load ba

3、lance adjustor1 前言在大壓下量軋制時(shí)，要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率較大，為了減小電機(jī)傳動(dòng)軸的負(fù)荷，采用上下工作輥單獨(dú)傳動(dòng)方式，又因?yàn)殡姍C(jī)軸上傳動(dòng)力矩較大，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用直流機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但直流機(jī)由于換向等問(wèn)題的限制，不可能將容量做的很大，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到軋制的功率要求，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電機(jī)串聯(lián)分別驅(qū)動(dòng)單個(gè)工作輥的傳動(dòng)方式， 這樣的機(jī)械傳動(dòng)方式對(duì)上下輥電機(jī)的控制系統(tǒng)提出了更高的要求，如果上下輥電機(jī)的負(fù)荷不平衡，就會(huì)造成軋輥與帶鋼表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電機(jī)過(guò)熱和機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而影響軋制效率和成品質(zhì)量。此種方式由于上下輥的齒輪不嚙合，需要依靠調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)保持同步，這就是本文要討

4、論的工作輥負(fù)荷平衡問(wèn)題。2 負(fù)荷平衡的實(shí)現(xiàn)方法2.1 影響工作輥負(fù)荷不平衡的因素經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和研究，引起上下輥線速度差值的主要原因有上下工作輥的輥徑不同，帶鋼與軋輥輥面的摩擦系數(shù)不同，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差異，電機(jī)本身的參數(shù)差異，磁通量的差別，以及弱磁后弱磁曲線的不一致1。引起工作輥上負(fù)荷不平衡的因素較多，經(jīng)過(guò)分析和測(cè)量，其中速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)和電機(jī)自身參數(shù)差異是造成負(fù)荷不平衡的主要原因，本文主要針對(duì)這兩個(gè)主要原因提出解決方案。2.2 負(fù)荷平衡的控制原理負(fù)荷平衡的基本原理就是控制上下工作輥相同時(shí)刻輸出相等的轉(zhuǎn)矩。要控制軋輥轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完全一致的情況下，可以歸結(jié)為上下工作輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)

5、的電樞電流控制。利用電流互感器將上下輥電機(jī)的電樞電流測(cè)量出來(lái)，送到控制器內(nèi)相比較，若二者差值的絕對(duì)值小于上輥電機(jī)當(dāng)前電流值的3%，不進(jìn)行負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)；若差值的絕對(duì)值大于上輥電機(jī)當(dāng)前電流值的3% ，則其差值經(jīng)負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器輸出，并綜合當(dāng)前速度給定值，經(jīng)過(guò)一個(gè)限幅環(huán)節(jié)后，加在附加給定上，調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)上輥轉(zhuǎn)矩實(shí)際值大于下輥轉(zhuǎn)矩實(shí)際值時(shí)，減小上輥的轉(zhuǎn)速給定值；同理，當(dāng)下輥轉(zhuǎn)矩實(shí)際值大于上輥轉(zhuǎn)矩實(shí)際值時(shí)，減小下輥的轉(zhuǎn)速給定值。負(fù)荷平衡的調(diào)節(jié)總是使轉(zhuǎn)矩實(shí)際值大的那臺(tái)電機(jī)速度減慢，從而達(dá)到上下工作輥輸出轉(zhuǎn)矩相等的目的，使上下輥實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡控制2。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，既可保持主令速度不變，也可改變主令速度的大小

6、。調(diào)節(jié)原理框圖如圖1所示。當(dāng)前速度給定圖1 負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)框圖Fig 1 Load balance adjusting diagram使用這樣的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)存在負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，它可以減小因上下輥速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)速度不一致帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩偏差，通過(guò)檢測(cè)上下輥電樞電流變化，判斷下輥和上輥哪一個(gè)電機(jī)響應(yīng)速度快，通過(guò)在附加給定上加載速度微調(diào)量，減緩其響應(yīng)速度，與響應(yīng)慢的逼近，最終使上下輥電流值相等。2.3 負(fù)荷平衡控制的結(jié)構(gòu)框圖在負(fù)荷平衡的控制系統(tǒng)中，負(fù)荷平衡控制器由程序語(yǔ)句編寫(xiě)而成，專門(mén)編寫(xiě)成程序塊，以便在主程序中調(diào)用，主要由比較環(huán)節(jié)，限幅環(huán)節(jié)和一個(gè)PI控制器組成，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。ASRASR圖2 負(fù)荷平

7、衡控制模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig 2 Load balance control model structure比較環(huán)節(jié)和帶有死區(qū)的線性環(huán)節(jié)的作用是比較上下輥的電樞電流差值，當(dāng)差值大于允許的范圍，調(diào)節(jié)作用啟動(dòng)，當(dāng)差值在允許的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)作用不啟動(dòng)。控制器中PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器 ，它主要控制調(diào)節(jié)過(guò)程中，速度微調(diào)量的初始值和給定斜率，以防突加過(guò)大的調(diào)節(jié)量，引起轉(zhuǎn)速的突變，不利于兩輥速度的協(xié)調(diào)。在調(diào)試過(guò)程中，需要依據(jù)速調(diào)和流調(diào)的響應(yīng)快慢，調(diào)節(jié)參數(shù)和。限幅環(huán)節(jié)的作用是避免大的調(diào)節(jié)量加到轉(zhuǎn)速給定上，引起轉(zhuǎn)速的突變，在最后限制了它的最大輸出值。2.4 負(fù)荷平衡控制程序的編寫(xiě)由上述的理論分析可知，符合

8、平衡控制需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，調(diào)節(jié)上下工作輥速度調(diào)節(jié)器的附加給定，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。本項(xiàng)目中選用AMS作為控制器，通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)完成控制功能。設(shè)，分別為驅(qū)動(dòng)上工作輥主從電機(jī)的電樞電流，分別為驅(qū)動(dòng)下工作輥主從電機(jī)的電樞電流，分別為上下工作輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)總的電流值。為上下工作輥的電機(jī)電流差值的絕對(duì)值（間接反映轉(zhuǎn)矩差值的變化），分別為上下工作輥的電機(jī)轉(zhuǎn)速，為電機(jī)額定電流，為PI調(diào)節(jié)器輸出加在速調(diào)附加給定上的微調(diào)量。按照負(fù)荷平衡的調(diào)節(jié)原理，設(shè)計(jì)的程序框圖如圖3，其中，為控制器的輸入量，為輸出變量。由于編寫(xiě)程序是按照工作輥輥徑相同時(shí)設(shè)計(jì)的，當(dāng)轉(zhuǎn)速差值大于時(shí)，為保證成品質(zhì)量，應(yīng)該減速換一對(duì)新的軋輥。(rp

9、m)(rpm)(rpm)YNYN圖 3負(fù)荷平衡程序設(shè)計(jì)流程圖Fig 3 Load balance program design flowchart2.5 負(fù)荷平衡控制過(guò)程分析經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，在軋制過(guò)程中，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器響應(yīng)速度不同和電機(jī)自身參數(shù)差異是造成上下輥力矩不平衡的主要原因，現(xiàn)以上輥速度給定為上下輥的速度基準(zhǔn)，在沒(méi)有負(fù)載擾動(dòng)情況下，上下輥電機(jī)都穩(wěn)速運(yùn)行，在0.05s時(shí)刻，負(fù)載突然變大，轉(zhuǎn)速和電流變化曲線圖如圖4所示：0.27t(s)t(s)t(s)t(s)(A)0.230.10000.050.070.150.190.25上輥轉(zhuǎn)速變化曲線0(A)下輥轉(zhuǎn)速變化曲線上輥電流變化曲線下輥

10、電流變化曲線圖4 負(fù)載擾動(dòng)時(shí)上下輥轉(zhuǎn)速和電流變化曲線Fig 4 Curve of speed and current of work roll with load disturbance從圖4可以看出，上輥的速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)比下輥速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)要快，經(jīng)過(guò)100ms以后，轉(zhuǎn)速可以上升到給定值以上，經(jīng)過(guò)250ms以后，轉(zhuǎn)速就可以調(diào)節(jié)到給定值，從其電流變化曲線可以看出，當(dāng)有速降后，電流上升速度快。相比之下，下輥電機(jī)的速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)要慢，在相同時(shí)刻存在擾動(dòng)后，轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)150ms以后，才能上升到給定值形成小的超調(diào)量，電流相對(duì)變化要平緩。在這個(gè)過(guò)程中，由于速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)速度差異，會(huì)造成電機(jī)輸出電流不同，從而

11、引起上下輥轉(zhuǎn)速偏差。3 應(yīng)用效果 當(dāng)負(fù)荷平衡控制起作用以后，它會(huì)監(jiān)視上下輥的電機(jī)電流值，并比較，當(dāng)差值大于額定電流值的3%時(shí)，它會(huì)給電流大的流調(diào)上附加一個(gè)使其減小的微調(diào)量，否則不進(jìn)行調(diào)節(jié)，應(yīng)用效果如圖5所示： (rpm)0(A)00.050.130.22231321t(s)t(s)t (s)圖5 負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)作用分析曲線圖Fig 5 Analyzing curves of speed and current during adjusting process曲線1為響應(yīng)較快的上輥電流和速度變化曲線，曲線2為響應(yīng)較慢的下輥電流和速度變化曲線，這時(shí)，負(fù)荷平衡的調(diào)節(jié)作用就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)?？梢钥闯觯?.05-0.13s之間，上輥電機(jī)電流大，調(diào)節(jié)作用使其向曲線2逼近；在0.13-0.22s之間，下輥電機(jī)電流大，調(diào)節(jié)作用使其向曲線1逼近；曲線3為調(diào)節(jié)器起作用后的電流和轉(zhuǎn)速變化曲線，它從控制電機(jī)電流入手，控制了轉(zhuǎn)速。參考文獻(xiàn)