負(fù)荷平衡控制

1、負(fù)荷平衡控制安連祥1 王會豐1 楊澤偉2（1、2.河北工業(yè)大學(xué)，電氣自動化學(xué)院，天津市 300130）摘要：本文分析了在雙軸傳動中影響軋輥負(fù)荷平衡的因素，闡述了負(fù)荷平衡控制原理，編寫了負(fù)荷平衡控制的程序設(shè)計框圖，通過分析速度曲線、電流曲線驗證了應(yīng)用的實際效果。關(guān)鍵詞：雙軸傳動；負(fù)荷平衡；電流差值；負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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，要求驅(qū)動電機輸出功率較大，為了減小電機傳動軸的負(fù)荷，采用上下工作輥單獨傳動方式，又因為電機軸上傳動力矩較大，而系統(tǒng)設(shè)計選用直流機來實現(xiàn)，但直流機由于換向等問題的限制，不可能將容量做的很大，因此，在實際應(yīng)用中，為了達(dá)到軋制的功率要求，設(shè)計了兩臺電機串聯(lián)分別驅(qū)動單個工作輥的傳動方式， 這樣的機械傳動方式對上下輥電機的控制系統(tǒng)提出了更高的要求，如果上下輥電機的負(fù)荷不平衡，就會造成軋輥與帶鋼表面產(chǎn)生相對滑動，嚴(yán)重時會引起電機過熱和機械振動，進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)電動機的轉(zhuǎn)速來保持同步，這就是本文要討

4、論的工作輥負(fù)荷平衡問題。2 負(fù)荷平衡的實現(xiàn)方法2.1 影響工作輥負(fù)荷不平衡的因素經(jīng)過實驗和研究，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)器的動態(tài)響應(yīng)差異，電機本身的參數(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)過分析和測量，其中速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)和電機自身參數(shù)差異是造成負(fù)荷不平衡的主要原因，本文主要針對這兩個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刻輸出相等的轉(zhuǎn)矩。要控制軋輥轉(zhuǎn)矩，在電機和傳動機構(gòu)完全一致的情況下，可以歸結(jié)為上下工作輥驅(qū)動電機

5、的電樞電流控制。利用電流互感器將上下輥電機的電樞電流測量出來，送到控制器內(nèi)相比較，若二者差值的絕對值小于上輥電機當(dāng)前電流值的3%，不進行負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)；若差值的絕對值大于上輥電機當(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)過一個限幅環(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)矩實際值大于下輥轉(zhuǎn)矩實際值時，減小上輥的轉(zhuǎn)速給定值；同理，當(dāng)下輥轉(zhuǎn)矩實際值大于上輥轉(zhuǎn)矩實際值時，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)矩實際值大的那臺電機速度減慢，從而達(dá)到上下工作輥輸出轉(zhuǎn)矩相等的目的，使上下輥實現(xiàn)負(fù)荷平衡控制2。在調(diào)節(jié)過程中，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)載擾動時，它可以減小因上下輥速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)速度不一致帶來的轉(zhuǎn)矩偏差，通過檢測上下輥電樞電流變化，判斷下輥和上輥哪一個電機響應(yīng)速度快，通過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句編寫而成，專門編寫成程序塊，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，當(dāng)差值在允許的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)作用不啟動。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)過程中，速度微調(diào)量的初始值和給定斜率，以防突加過大的調(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由上述的理論分析可知，符合

8、平衡控制需要設(shè)計一個控制器，調(diào)節(jié)上下工作輥速度調(diào)節(jié)器的附加給定，進而調(diào)節(jié)電機的輸出轉(zhuǎn)矩。本項目中選用AMS作為控制器，通過編寫程序來完成控制功能。設(shè)，分別為驅(qū)動上工作輥主從電機的電樞電流，分別為驅(qū)動下工作輥主從電機的電樞電流，分別為上下工作輥驅(qū)動電機總的電流值。為上下工作輥的電機電流差值的絕對值（間接反映轉(zhuǎn)矩差值的變化），分別為上下工作輥的電機轉(zhuǎn)速，為電機額定電流，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。由于編寫程序是按照工作輥輥徑相同時設(shè)計的，當(dāng)轉(zhuǎn)速差值大于時，為保證成品質(zhì)量，應(yīng)該減速換一對新的軋輥。(rp

9、m)(rpm)(rpm)YNYN圖 3負(fù)荷平衡程序設(shè)計流程圖Fig 3 Load balance program design flowchart2.5 負(fù)荷平衡控制過程分析經(jīng)過分析和計算，在軋制過程中，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)，在沒有負(fù)載擾動情況下，上下輥電機都穩(wěn)速運行，在0.05s時刻，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)載擾動時上下輥轉(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100ms以后，轉(zhuǎn)速可以上升到給定值以上，經(jīng)過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，下輥電機的速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)要慢，在相同時刻存在擾動后，轉(zhuǎn)速經(jīng)過150ms以后，才能上升到給定值形成小的超調(diào)量，電流相對變化要平緩。在這個過程中，由于速調(diào)和流調(diào)響應(yīng)速度差異，會造成電機輸出電流不同，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，它會監(jiān)視上下輥的電機電流值，并比較，當(dāng)差值大于額定電流值的3%時，它會給電流大的流調(diào)上附加一個使其減小的微調(diào)量，否則不進行調(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，負(fù)荷平衡的調(diào)節(jié)作用就會體現(xiàn)出來?？梢钥闯觯?.05-0.13s之間，上輥電機電流大，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，它從控制電機電流入手，控制了轉(zhuǎn)速。參考文獻(xiàn)