用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置，通過采集多塔式立式活套各個子活套的實時套量位置，計算用于調平套量的包括帶速度斜坡的輔助輥補償速度，該補償速度可平穩地調節各個活套套量并與各個子活套的卷揚驅動電機的速度設定及轉矩限幅設定相互獨立，后者只用于建立子活套張力并使其保持恒定，所以本發明實現了位置平衡的平滑調節，以及與張力控制的完全解耦。
【專利說明】用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法及裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬于一種冶金自動化領域，更具體地來說，特別是涉及冷軋處理技術過程中對于活套的控制方法以及控制裝置。

【背景技術】
[0002]在現代化的工業生產中，不斷出現一些較復雜的設備或裝置，這些設備或裝置的本身所要求的被控制參數往往較多，因此，必須設置多個控制回路對該種設備進行控制。由于控制回路的增加，往往會在它們之間造成相互影響的耦合作用，也即系統中每一個控制回路的輸入信號對所有回路的輸出都會有影響，而每一個回路的輸出又會受到所有輸入的作用。要想一個輸入只去控制一個輸出幾乎不可能，這就構成了“耦合”系統。由于耦合關系，往往使系統難于控制、性能下降。
[0003]在冶金領域，就存在復雜的控制系統，活套控制就是其中之一。在冷軋技術中，活套從結構形式上來分，有臥式活套和立式活套之分。其中，活套由活套小車、鋼繩卷筒及傳動裝置組成，并通過滑輪和鋼繩卷筒，由電機驅動。在高速連續處理機組，如高速連續退火機組中，對活套的帶鋼儲備容量要求較大。但若采用單臺活套小車，其體積較大的機械設備會增加制造難度和控制難度，因此往往采用由多個活套小車構成的多塔式立式活套結構。
[0004]在現有技術中，對活套的控制無非涉及活套的位置及張力的控制，然而傳統的活套位置平衡控制技術是通過控制活套卷揚電機的速度或轉矩調節實現，而且其調節器多采用比例積分調節器，這樣在活套調平的過程中，活套內帶鋼張力受到了影響，也即存在耦合作用。尤其是在調節開始階段沖擊較大，以上所述技術方案或方法都會降低活套張力控制性能。因此，如何實現對多塔式立式活套內帶鋼張力和活套間的位置同步的解耦控制以及如何實現在活套位置平滑調節的過程中時刻保持活套內帶鋼張力的穩定就成了本領域的技術難題。


【發明內容】

[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點和不足，本發明提供一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦控制技術和控制裝置，用以實現對多塔式活套的各個子活套位置的帶速度斜坡的同步控制和實現與活套內的帶鋼恒張力控制的解耦，進而來解決現有技術中如何實現對多塔式立式活套內帶鋼張力和活套間的位置同步的解耦控制以及如何實現在活套位置平滑調節的過程中時刻保持活套內帶鋼張力穩定的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供以下技術方案:
[0007]—種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，應用于包括多個子活套的多塔式立式活套中，其中，每個子活套內包括多個輔助轉向輥和用于實現每個子活套內帶鋼恒張力控制的卷揚機，所述方法包括以下步驟:偵測整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度；響應于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據整個活套的帶鋼層數及各子活套的當前參數及其的卷揚機的參數，計算得到該各子活套卷揚機的電機設定速度和電機工作轉矩，以實現對每個子活套內帶鋼的恒張力控制；偵測各子活套的實時位置，并取該各子活套的實時位置的平均值作為該多塔式立式活套的位置調節目標值；響應于該各子活套的實時位置和該位置調節目標值，并依據預設的調平速度斜坡的斜率值和各子活套對應輔助轉向輥的位置編號，計算得到子活套內各個輔助轉向輥的帶速度斜坡的調平補償速度值；響應于該帶速度斜坡的調平補償速度值，子活套內的各輔助輥的設定速度受控于不考慮位置調平時的各輔輥處的帶鋼速度值與該帶速度斜坡的調平補償速度值之和。
[0008]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該卷揚機的電機設定速度為:
Γ ? ?vCsetriCbi
[0009]Tlcset — ——~，
[0010]式中，獲取卷揚機的參數包括卷揚轉鼓的圓周長JID。、卷揚減速機減速比U及卷揚纜繩數量ru和卷揚設定線速度v_t。
[0011]進一步地，在以上技術方案中，該卷揚設定線速度為:
[0012]Vcset = Vcth+Vcof^
[0013]預設卷揚機的偏置速度Vraf，并依據該整個活套的帶鋼層數及入口帶鋼速度和出口帶鋼速度計算得到卷揚機的理論線速度，計算公式為:
一ven~vex
[0014]vrth - ~~ ，

打S
[0015]其中，該Vm為整個活套入口側帶鋼速度，Vex為整個活套出口側帶鋼速度，ns為整個活套的帶鋼層數。
[0016]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該卷揚機的電機工作轉矩為:
rIItyf_ Tse^TlsiDc
[0017]Climp 100xncb0，
[0018]式中，獲取子活套的當前參數為活套帶鋼張力設定值Tsrt和該卷揚機對應子活套的帶鋼層數nsi，并獲取該子活套對應卷揚機的參數為卷揚電機效率η、卷揚減速機減速比1、及卷揚纜繩數量和卷揚轉鼓直徑D。。
[0019]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法中，該帶速度斜坡的調平補償速度值為:
[0020]I)子活套出口側:
[0021]Vi — 3Oas X (t + J-~4(p:ct Pre/))，
[0022]2)子活套入口側:
[0023]Ki = SOasX^tT /2-
[0024]取該Vi的合理值，其中，as為預設定的帶鋼流速斜率，t為預設定的調平時間,Piaet為第i個子活套的實時位置，Pm為活套的位置調節目標值。其中，該合理值應具體為\的兩個取值之一，相應地，被舍棄的那一個值應該為與現場工況明顯不符的數值。
[0025]進一步地，在以上所述技術方案中，該活套的位置調節目標值為:
[0026]pref —?
[0027]式中，piac;t為第i個子活套實際位置，η為子活套個數。
[0028]另外，本發明還提供了一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，應用于包括多個子活套的多塔式立式活套控制系統中，其中，每個子活套內包括多個輔助轉向輥和用于實現每個子活套內帶鋼恒張力控制的卷揚機，所述解耦裝置包括:套量位置傳感器，設置于每個子活套卷揚機輸出軸上，用以偵測各子活套的實時位置；平均套量位置計算器，連接于所述每個子活套對應的套量位置傳感器，獲取該各子活套的實時位置并計算得到該各子活套的實時位置的平均值以作為該多塔式立式活套的位置調節目標值；連接位置帶鋼流速計算器，連接于所述平均套量位置計算器，用以接收該調節目標值和各個子活套當前實際位置值，并利用偵測到的整個活套入、出口帶鋼運行速度和活套層數，依據預設的調平速度斜坡的斜率值計算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速；輔助輥補償速度控制器，連接于所述連接位置帶鋼流速計算器，用以接收該最終帶鋼流速，并依據各子活套對應輔助轉向輥的位置編號，計算得到子活套內各個輔助轉向輥的帶速度斜坡的調平補償速度值；子活套張力控制器，用以響應于該整個活套的帶鋼層數及出口帶鋼速度和入口帶鋼速度，并依據各子活套的當前參數及其卷揚機的參數，計算得到該卷揚機的電機設定速度和電機工作轉矩，以實現對每個子活套內帶鋼的恒張力控制；輔助輥和子活套卷揚傳動控制器，連接于所述子活套張力控制器和輔助輥補償速度控制器，用以響應于該電機設定速度、電機工作轉矩、及帶速度斜坡的調平補償速度值，并采用矢量控制技術或直接轉矩控制技術計算得到用于實時控制交流調速電機的三相電壓值并予以輸出，以完成對各子活套位置的帶速度斜坡的調平和對各子活套內帶鋼張力的恒張力控制。
[0029]具體地，在以上所述用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置中，所述套量位置傳感器為絕對值編碼器。
[0030]如上所述，本發明通過控制多塔式立式活套的每個子活套卷揚電機，實現每個子活套內帶鋼張力的恒張力控制，卷揚電機的設定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數等計算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設定值始終大于實際值；同時，其正向轉矩限幅等于由活套帶鋼設定張力、活套層數、卷揚直徑、卷揚減速機減速比等計算得到的電機工作轉矩。通過以上這兩個措施，實現對每個子活套內帶鋼的恒張力控制，同時與子活套的位置同步解耦。與此同時，本發明還根據各個子活套的實時位置計算多塔活套的平均位置，此平均位置即為各個子活套的位置調節目標，通過此目標值、當前實際位置值、預設定的調平速度斜坡的斜率值、對應輔助轉向輥的位置編號計算得到子活套內各個輔助轉向輥的帶速度斜坡的調平補償速度值；而子活套內的各個輔助轉向輥采用速度控制模式，其速度設定值等于不考慮調平時的各輔輥處的帶鋼速度值與計算得到的帶速度斜坡的調平補償速度值之和，通過此措施，實現與子活套內帶鋼張力控制的解耦。
[0031]簡單地來說，本發明是通過調節活套卷揚電機轉矩實現子活套內帶鋼的恒張力控制；通過調節活套內輔助轉向輥補償速度實現各個子活套的位置平衡，其中，輔助轉向輥的補償速度包含速度斜坡，且與張力控制解耦。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1顯示為本發明一實施例中的多塔式立式活套位置平衡與張力解耦斜坡控制技術流程圖。
[0033]圖2顯示為本發明一實施例中的多塔式立式活套位置平衡與張力解耦斜坡控制裝置結構圖示意圖。

【具體實施方式】
[0034]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0035]需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0036]需要進一步說明的是,在立式活套中至少包括有單塔立式活套、雙塔立式活套、及三塔立式活套，其中，雙塔立式活套和三塔立式活套統稱為多塔式立式活套，由于單塔立式活套不存在活套的位置平衡，故本發明主要是針對雙塔立式活套及三塔立式活套中活套的位置平衡和張力控制的解耦，下面將“多塔式立式活套”簡稱為“立式活套”，以方便論述。
[0037]另外，本發明目的是找到一種控制技術，實現對立式活套的各個子活套位置的帶速度斜坡的同步控制，并實現與活套內的帶鋼恒張力控制的解耦。需要理解地是，此技術實現的前提是:在立式活套的每個子活套內的定滑輪側配置多套帶調速電機驅動的活套輔助轉向輥。而且，在下文中，凡是涉及本領域內所公知的以及技術人員所常用的一些技術手段將不予詳細說明，實施例的目的在于重點闡述和說明本發明的技術要點。
[0038]下面將以實施例的方式來進一步闡述本發明，示例中將分別以雙塔立式活套和三塔立式活套為例來進行說明，應當理解，本領域的技術人員在以下實施例的基礎上完全足以理解和清楚本發明的技術方案，并且可以在不付出創造性勞動的情況下實施與本發明類似或等同的且也包括在本發明保護范圍內的技術方案。
[0039]參考圖1所示，本發明揭示了用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，包括如下的步驟:
[0040]10.采用安裝于每個子活套卷揚機輸出軸上的絕對值編碼器實時檢測每個子活套的套量位置；
[0041]11.通過控制立式活套的每個子活套卷揚電機，實現每個子活套內帶鋼張力的恒張力控制。卷揚電機的設定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數等計算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設定值始終大于實際值。同時，其正向轉矩限幅等于由活套帶鋼設定張力、活套層數、卷揚直徑、卷揚減速機減速比等計算得到的電機工作轉矩。在一個實施例中，該步驟的具體計算方法如下:
[0042]計算卷揚電機設定轉速為(單位:r/min):

^en — ^ex
[0043]VctU = ---
[0044]Vcset = vcth+vcof

^cset^ch^
[0045]Ucset =
[0046]其中，
[0047]Vm為整個活套入口側帶鋼速度,單位為m/min ；
[0048]vex為整個活套出口側帶鋼速度，單位為m/min ；
[0049]ns為整個活套的帶鋼層數；
[0050]Vcth為活套車理論速度,單位為m/min ；
[0051]Vcof為預設定的偏置速度,單位為m/min ；
[0052]Vcset為活套車設定速度,單位為m/min ；
[0053]ncb為卷揚纜繩數量；
[0054]i為卷揚減速機減速比；
[0055]Dc為卷揚轉鼓直徑,單位為m。
[0056]計算卷揚電機輸出轉矩限幅值為(單位為N.m):
[0057]= 100xncbLr1
[0058]其中，
[0059]Tset為活套帶鋼張力設定值，單位為kN ；
[0060]nsi為對應子活套的帶鋼層數；
[0061]η為卷揚電機效率。
[0062]12.通過套量傳感器讀取各個子活套的實時位置并計算立式活套的平均位置，將此平均位置作為各個子活套的位置調節目標。在一個實施例中，該步驟的具體計算方法如下:
[0063]計算的平均套量為(單位:m):
[0064]pref =
[0065]其中，
[0066]Piact為第i個子活套實際位置,單位為m ；
[0067]η為子活套個數。
[0068]13.通過調節目標值、各個子活套當前實際位置值、預設定的調平速度斜坡的斜率值計算每個子活套連接位置處用于調平的帶鋼流速，進而根據整個活套入、出口帶鋼運行速度和活套層數等計算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速。
[0069]I)用于調平的帶鋼流速計算
[0070]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下(取其合理值):.,-- ( -r-卜2 — ^{.Plact ~ ^ref)\
[0071]^iex..pos = 30? X t+ -—--1
[0072]V2enjos = Vlexjos
[0073]其中，
[0074]as為預設定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0075]t為預設定的調平時間，單位為S。
[0076]Vlexjos為一號子活套出口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0077]V2enjos為二號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0078]應當理解，以上所述合理值應具體為Vlex ptjs的兩個取值之一，相應地，被舍棄的那一個值應該為與現場工況明顯不符的數值，例如，取值與實際可能的速度范圍差距明顯。對于本領域的技術人員，該合理值的取舍屬于不需要付出創造性地公知技術，下面涉及取帶鋼速度合理值的情況也一樣，故不再贅述。
[0079]在一個三塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下(取其合理值):
τ.?η ? —卜2 — ^{Plact - ^re/)\
[0080]Vlexpos = 3Qas X I t+ -—-— I
[0081 ]= 30α + Jt2 ~4(P^~ P3aCt^j
[0082]V2enjos = Vlexjos
[0083]V2exjos = V3enjos
[0084]其中，
[0085]as為預設定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0086]t為預設定的調平時間，單位為S。
[0087]Vlexjos為一號子活套出口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0088]V3enjos為三號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0089]V2enjos和V26xjkjs為二號子活套入口側和出口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0090]2)最終的帶鋼流速計算
[0091]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下:

Ti±U + 1-
[0092]^lex _ pos + ^en\Pen — ^ex)


ns
[0093]V2en = Vlex
[0094]其中，
[0095]n1E為第I個子活套內的轉向輥個數。
[0096]在一個三塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下:


?1丄"+ I
[0097]^Xex — ^lex pos + ^en ~~ (^en — ^ex)


幾 1/? + ^2R + I ,
[0098] Vi n — ^3enj>os + ^en~(Ven ~ vex)


ns
_] V2en = Vlex
[0100]V2ex = V3en
[0101]其中，
[0102]n1E為第I個子活套內的轉向輥個數；
[0103]n2E為第2個子活套內的轉向輥個數；
[0104]Vlex, V2en, V2ex, V3en分別為一號子活套出口、二號子活套入口、二號子活套出口和三號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0105]14.根據每個子活套入、出口帶鋼流速和輔助轉向輥的位置編號，計算對應輔助轉向輥的輥面速度。
[0106]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下:


r i
[0107]Vari ? = Ven - -~ (ven - Vlex)
-L%iJ


r i
[0108]Var2 i = Flex - -{Viex x)
~L%2」
[0109]其中，
[0110]nsl為第I個子活套內的帶鋼層數；
[0111]nS2為第2個子活套內的帶鋼層數；
[0112]Vaeij為一號子活套內第i號輔助轉向棍的棍面速度，單位為m/s ；
[0113]Vae2j為二號子活套內第i號輔助轉向輥的輥面速度，單位為m/s。
[0114]在一個三塔式立式活套的實施例中，該步驟的具體計算方法如下:


Γ ?
[0115]Varij = ven ~ -1ven — Vlex)




J


Γ L
[0116]Var3 I = V2ex — -~ (V2ex — Vex)

_



i
[011 7] Var2 i = l^en _ ~~ (^Zen — v2ex)
-1ns2J
[0118]其中，
[0119]nsl為第I個子活套內的帶鋼層數；
[0120]nS3為第3個子活套內的帶鋼層數；
[0121]nS2為第2個子活套內的帶鋼層數。
[0122]根據輔助轉向輥的輥面速度計算對應的電機轉速設定值。在一個實施例中，該步驟的具體計算方法如下:
「 ?^AR^ARiJ
[0123]IT-ARI 1.— η
_nDARΓ πiAR^AR2_i
[0124]nAR2 i =
-^dar
「 η^AR^AR3_i
[0125]nAR3 i =
_ KDar
[0126]其中，
[0127]iAE為輔助輥減速機的減速比；
[0128]Dae為輔助輥輥徑，單位為m。
[0129]參考圖2所示，本發明還揭示了一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，包括套量位置傳感器20、平均套量計算器21、連接位置帶鋼流速計算器22、輔助輥補償速度控制器23、子活套張力控制器24以及輔助輥和子活套卷揚傳動控制器25。
[0130]套量位置傳感器20通過安裝于每個子活套卷揚機輸出軸上的絕對值編碼器實時檢測每個子活套的套量位置。
[0131]平均套量計算器21連接到套量位置傳感器20，接收各個子活套的實時位置，計算并輸出多塔活套的平均位置，將此平均位置作為各個子活套的位置調節目標。
[0132]該控制器計算的平均套量為(單位:m):
[0133]pref = h:1act
[0134]其中，
[0135]piact為第i個子活套實際位置，單位為m ；
[0136]η為子活套個數。
[0137]連接位置帶鋼流速計算器22連接套量位置傳感器20和平均套量計算器21，接收調節目標值和各個子活套當前實際位置值，并利用預設定的調平速度斜坡的斜率值計算每個子活套連接位置處用于調平的帶鋼流速，進而根據整個活套入、出口帶鋼運行速度和活套層數等計算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速。
[0138]I)用于調平的帶鋼流速計算
[0139]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下(取其合理值):
/ 1-\
Γ I T/_ onΛ X 卜-4(P'lact - Pre/)、
[0140]^iex pos - 3 O Us X^t +」—I
[0141]V2enjos = Vlexjos
[0142]其中，
[0143]as為預設定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0144]t為預設定的調平時間，單位為S。
[0145]Vlexjos為一號子活套出口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0146]V2enjos為二號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0147]在一個三塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下(取其合理值):
[0148]l/le,_po, = 30α, X (t T Jt2-4(Pl:_Pn^)
[0149]^en pos = 30as-X it+ \t2-^Pref-P^\
\ \jaSI
[0150]V2enjos = Vlexjos[0巧1] V2exjos = V3enjos
[0152]其中，
[0153]as為預設定的帶鋼流速斜率，單位為m/s2 ；
[0154]t為預設定的調平時間，單位為S。
[0155]Vlexjos為一號子活套出口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0156]V3enjos為三號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s ；
[0157]V2enjos和V26xjkjs為二號子活套入口側和出口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0158]2)最終的帶鋼流速計算
[0159]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下:


+ 1
[0160]^iex — ^lex pos + ^eni^e?i — ^ex)
_]V2en = Vlex
[0162]其中，
[0163]n1K為第I個子活套內的轉向輥個數。
[0164]在一個三塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下:

打I尺+ I,、
[0165]^iex — ^lex pos + ^en(Ven — ”ex)


ns


Tl] H + 7%2 fi + I ,
[0166]h — ^3en_pos + ^en~~O^en — ^ex)



ns.
[0167]V2en = Vlex
[0168]V2ex = V3en
[0169]其中，
[0170]n1K為第I個子活套內的轉向輥個數；
[0171]n2K為第2個子活套內的轉向輥個數；
[0172]Vlex, V2en, V2ex, V3en分別為一號子活套出口、二號子活套入口、二號子活套出口和三號子活套入口側帶鋼調平流速，單位為m/s。
[0173]輔助輥補償速度控制器23連接該連接位置帶鋼流速計算器22，接收每個子活套入、出口帶鋼流速，并利用輔助轉向輥的位置編號計算對應輔助轉向輥的輥面速度。
[0174]在一個雙塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下:
[0175]Vari I =Ven- -~ (Ven - Vlex)
-Ln5IJ

r i
[0176]Var2 i = Vlex — -~ (Vlex - Vex)
[0177]其中，
[0178]nsl為第I個子活套內的帶鋼層數；
[0179]nS2為第2個子活套內的帶鋼層數；
[0180]Vaeij為一號子活套內第i號輔助轉向輥的輥面速度，單位為m/s ；
[0181]Vae2j為二號子活套內第i號輔助轉向輥的輥面速度，單位為m/s。
[0182]在一個三塔式立式活套的實施例中，該控制器的具體計算方法如下:
「i —
[0183]i = ven ~ ~~ (ven ~ )
-Ln91J


Γ L
[0184]Var3【=V2ex - -~ {V-zex — vex)
-Ln 幻J


i
[0185]Var2 j = V2en — -— (V2en — V2ex)
~L%2J
[0186]其中，
[0187]nsl為第I個子活套內的帶鋼層數；
[0188]nS3為第3個子活套內的帶鋼層數；
[0189]nS2為第2個子活套內的帶鋼層數。
[0190]根據輔助轉向輥的輥面速度計算對應的電機轉速設定值。在一個實施例中，該控制器的具體計算方法如下:

^AR^AR I i
[0191]nAR1 i = AR ^R1-1
■ ^Dar
Γ π>-AR^AR2j
[0192]TLar2 i = -
-^Dar
「 η1-AR^AR3_i
[0193]nAR3 ι = ~——
_ ^dar
[0194]其中，
[0195]iAE為輔助輥減速機的減速比；
[0196]Dae為輔助輥輥徑，單位為m。
[0197]子活套張力控制器24通過控制立式活套的每個子活套卷揚電機，實現每個子活套內帶鋼張力的恒張力控制。卷揚電機的設定速度等于通過整個活套的入、出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數等計算得到的理論速度和固定偏置速度之和，偏置速度保證設定值始終大于實際值。同時，其正向轉矩限幅等于由活套帶鋼設定張力、活套層數、卷揚直徑、卷揚減速機減速比等計算得到的電機工作轉矩。在一個實施例中，該控制器的計算方法如下:
[0198]計算卷揚電機設定轉速為(單位:r/min):
^en ~ ^ex
0199 Vm=---

ns
[0200]Vcset = vcth+vcof

^cset^ch^.
[0201]Ucset =---

^Dc
[0202]其中，
[0203]ven為整個活套入口側帶鋼速度,單位為m/min ；
[0204]vex為整個活套出口側帶鋼速度，單位為m/min ；
[0205]ns為整個活套的帶鋼層數；
[0206]Vcth為活套車理論速度，單位為m/min ；
[0207]Vcof為預設定的偏置速度,單位為m/min ；
[0208]Vcset為活套車設定速度,單位為m/min ；
[0209]ncb為卷揚纜繩數量；
[0210]i為卷揚減速機減速比；
[0211]D。為卷揚轉鼓直徑,單位為m。
[0212]計算卷揚電機輸出轉矩限幅值為(單位為N.m):

丁孔 si
[0213]= 100XncbU1
[0214]其中，
[0215]Tset為活套帶鋼張力設定值，單位為kN ；
[0216]nsi為對應子活套的帶鋼層數；
[0217]η為卷揚電機效率。
[0218]輔助輥和子活套卷揚傳動控制器25連接輔助輥補償速度控制器23和子活套張力控制器24，接收各個輔助輥的速度參考值及各個子活套卷揚電機的速度參考和轉矩限幅參考值，采用矢量控制技術或直接轉矩控制技術實時計算對應的交流調速電機的三相電壓值并輸出。
[0219]綜上所述，本發明通過采集立式活套各個子活套的實時套量位置，計算用于調平套量的、帶速度斜坡的輔助輥補償速度，此補償速度可平穩地調節各個活套套量并在數學上與各個子活套的卷揚驅動電機的速度設定及轉矩限幅設定相互獨立，后者只用于建立子活套張力并使其保持恒定。所以本發明實現了位置平衡的平滑調節，以及與張力控制的完全解耦。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0220]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，應用于包括多個子活套的多塔式立式活套中，其中，每個子活套內包括多個輔助轉向輥和用于實現每個子活套內帶鋼恒張力控制的卷揚機，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 偵測整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度； 響應于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據整個活套的帶鋼層數及各子活套的當前參數及其卷揚機參數，計算得到該各子活套卷揚機的電機設定速度和電機工作轉矩，以實現對每個子活套內帶鋼的恒張力控制； 偵測各子活套的實時位置，并取該各子活套的實時位置的平均值作為該多塔式立式活套的位置調節目標值； 響應于該各子活套的實時位置和該位置調節目標值，并依據預設的調平速度斜坡的斜率值和各子活套對應輔助轉向輥的位置編號，計算得到子活套內各個輔助轉向輥的帶速度斜坡的調平補償速度值； 響應于該帶速度斜坡的調平補償速度值，子活套內的各輔助輥的設定速度受控于不考慮位置調平時的各輔輥處的帶鋼速度值與該帶速度斜坡的調平補償速度值之和。
2.根據權利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的每個卷揚機的電機設定速度為:
?_ VcsetnCbl ^lrQpt —， csezUDc 獲取卷揚機的參數包括卷揚轉鼓的圓周長nD。、卷揚減速機減速比1、及卷揚纜繩數量ncb和卷揚設定線速度V。#。
3.根據權利要求2所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的每個卷揚設定線速度為:
Vcset Vcth+Vcof， 預設卷揚機的偏置速度Vraf，并依據該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，以及整個活套的帶鋼層數計算得到每個卷揚機的理論線速度，計算公式為: n^en~^ex ^cth = —:^，
nS 其中，該Vm為整個活套入口側帶鋼速度，Vex為整個活套出口側帶鋼速度，ns為整個活套的帶鋼層數。
4.根據權利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該卷揚機的電機工作轉矩為:
ji/f_ TsetnsiDc
climP — l000χncbiη^ 獲取子活套的當前參數為活套帶鋼張力設定值Tsrt和該卷揚機對應子活套的帶鋼層數nsi，并獲取該子活套對應卷揚機的參數為卷揚電機效率Π、卷揚減速機減速比1、及卷揚纜繩數量和卷揚轉鼓直徑D。。
5.根據權利要求1所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該帶速度斜坡的調平補償速度值為: I)子活套出口側: Vi^SOasXitT 卜2-?礎?
\ \as J 2)子活套入口側: Vi = 30as X +」t2_4(Pr::-S， 取該Vi的合理值，其中，as為預設定的帶鋼流速斜率，t為預設定的調平時間，Piact為第i個子活套的實時位置，Pref為活套的位置調節目標值。
6.根據權利要求5所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦方法，其特征在于，該活套的位置調節目標值為: ^ _ ZiLiPiact Pref — - ， 式中，Piart為第i個子活套實際位置，η為子活套個數。
7.一種用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，應用于包括多個子活套的多塔式立式活套控制系統中，其中，每個子活套內包括多個輔助轉向輥和用于實現每個子活套內帶鋼恒張力控制的卷揚機，其特征在于，所述解耦裝置包括: 套量位置傳感器，設置于每個子活套卷揚機輸出軸上，用以偵測各子活套的實時位置； 平均套量位置計算器，連接于所述每個子活套對應的套量位置傳感器，獲取該各子活套的實時位置并計算得到該各子活套的實時位置的平均值以作為該多塔式立式活套的位置調節目標值； 連接位置帶鋼流速計算器，連接于所述平均套量位置計算器，用以接收該調節目標值和各個子活套當前實際位置值，并利用偵測到的整個活套入、出口帶鋼運行速度和活套層數，依據預設的調平速度斜坡的斜率值計算每個子活套連接位置處的最終帶鋼流速； 輔助輥補償速度控制器，連接于所述連接位置帶鋼流速計算器，用以接收該最終帶鋼流速，并依據各子活套對應輔助轉向輥的位置編號，計算得到子活套內各個輔助轉向輥的帶速度斜坡的調平補償速度值； 子活套張力控制器，用以響應于該整個活套的入口帶鋼速度和出口帶鋼速度，并依據整個活套的帶鋼層數及各子活套的卷揚機的參數，計算得到該各子活套卷揚機的電機設定速度和電機工作轉矩，以實現對每個子活套內帶鋼的恒張力控制； 輔助輥和子活套卷揚傳動控制器，連接于所述子活套張力控制器和輔助輥補償速度控制器，用以響應該活套內各電機設定速度及電機工作轉矩，并采用矢量控制技術或直接轉矩控制技術計算得到用于實時控制交流調速電機的三相電壓值并予以輸出，以完成對各子活套位置的帶速度斜坡的調平和對各子活套內帶鋼張力的恒張力控制。
8.根據權利要求7所述的用于立式活套位置平衡與恒張力控制的解耦裝置，其特征在于，所述套量位置傳感器為絕對值編碼器。
【文檔編號】B21B41/00GK104174666SQ201410339854
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】毛迅, 沈加強 申請人:中冶賽迪電氣技術有限公司