Фильтр низших частот для подавления резонанса контура регулирования параметра прокатки

(5 В 37 ГОС ПО НИЯСАНИЕ ИЗОБ МУ СВИД Н АВТО 3644921/ 22.09.83(71) Научно-исследовательский инстут тяжелого машиностроения Производственного объединения "Уралмаш(56) 1. Хьюлсман Л.Г. Активные филры. М., "Мир", 1972, с. 19-24.2. Попов Е.П. Теория нелинейныхсистем автоматического регулирования и управления. М., "Наука", 19с. 205 - 207.(54)(57) ФИЛЬТР НИЗШИХ ЧАСТОТ ДЛЯПОДАВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА КОНТУРА РЕГУРОВАНИЯ ПАРАМЕТРА ПРОКАТКИ, содержщий измеритель знака сигнала, измтель модуля и корректор усиления,корректируемый вход которого соеднен с входом измерителя знака сигнала, а корректирующий вход - с в АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ходом измерителя модуля, о т л и - ча ю щ и й с я тем, что, с целью более полного подавления резонанса и повышения бйстродействия контура регулирования, в него введены нелинейный интегратор нарастающего сиги- , нала с ограничением результатов интегрирования, измеритель скорости, нелинейный преобразователь, сумматор и устройство дифференцирования ьт- спадающих сигналов, причем вход нелинейного интегратора соединен с выходом измерителя знака сигнала, а его выход - с входом измерителя 9, модуля, вход нелинейного преобразователя соединен с измерителем скоро ти, а его выход - с входом задания ЛИ- уровня сигнала измерителя знака, а- вход устройства дифференцирования ери- спадающих сигналов соединен с выходом корректора усиления, а его и- выход - с первым входом сумматора,второй вход которого соединен с выходом корректора усиления.Изобретение относится к элементам систем регулирования. технологических параметров, а именно системрегулирования толщины и натяженияполосы на прокатном стане. 5Особенностью регулирования толщины и натяжения полосы в процессеее прокатки является периодическоеизменение этих параметров, неизбежно возникающее из"за эксцентриситета 1 Опрокатных и опорных валков клетейстана. Эти изменения вызывают нало жение на возмущение регулируемых параметров колебаний, частота которыхзависит от скорости полосы. Соответствующие регуляторы не успевают отрабатывать эти колебания., Более того,регуляторы увеличивают их амплитудупримерно в 2 раза, Такой резонансухудшает качество регулирования, сни жает устойчивость процесса прокаткии повышает износ механизмов стана, накоторые действуют регуляторы. Требуется полностью подавить резонанс контура регулирования, но так, чтобы со хранить быстродействие регулирования.Известен линейный фильтр, которыйспособен подавить резонанс, но приэтом ухудшается качество отработкимедленно изменяющихся возмущений.Это ухудшение связано с тем, чтофильтр сдвигает фазу колебательныхвозмущений в стороны отставания, чторавносильно внесению в контур регулирования дополнительного запаздыва 35ния, которое требует снижения быстродействия регулирования. Сдвиг фазыособенно вреден для подавления резонанса, так как отставание по фазе40приводит к сдвигу резонансной частоты в сторону более низких частот Е 3.Следовательно, для удовлетворенияодновременно двух требований (подавление резонанса и сохранение быстродействия) необходим фильтр, который45бы не сдвигал фазу колебаний в сторону отставания. Сдвиг в сторону опережения допускается, так как компенсируя имеющиеся в системе регулирования запаздывания, он способствует подавлению резонанса,Наиболее близким к предлагаемомуявляется нелинейный фильтр с малымсдвигом фазы, содержащий корректор(умножитель), корректируемый входкоторого связан с входом измерителязнака сигнала (элемента с двузначнойрелейной характеристикой), а коррек 135510 3тирукаий вход - с выходом измерителямодуля сигнала. Выход измерителязнака связан с входом измерителямодуля через апериодическое звено.Этот фильтр ослабляет амплитуду колебаний с увеличением частоты, не сдвигая полупериоды колебаний, При этомпроцесс ослабления не зависит от;исходной амплитуды колебаний. Эффект ослабления получен за счетфильтрующего действия апериодического звена. Стабильность всех полупериодов колебаний по времени получена эа счет умножения результатовфильтрации на исходные колебания,которое сохраняет нули этих колебаний ( умножение на нуль дает нуль) .Отсутствие зависимости от исходнойамплитуды получено тем, что фильтрация осуществляется по результатамизмерения знака колебаний без контроля их амплитуды 21.Однако известный фильтр не толькосохраняет нули колебаний, но и дополнительно вводит ложный нуль, соответствующий нулю сигнала апериодического звена и сдвинутый относительно нулей исходных колебаний.Сдвиг ложного нуля меняется с частотой колебаний, изменяя форму каждого полупериода колебаний, в томчисле нарушая его симметрию. Такоеискажение равносильно сдвигу по .фазе первой гармоники колебаний. Этотсдвиг мешает полному подавлениюрезонанса и требует снижения быстродействия отработки медленно изменяющихся возмущений. Кроме того, ложныйнуль и соответствующее ему искажениеформы колебаний не допускают использование форсирующих связей по производной, как средства смещения фазового сдвига в сторону опережения.Фильтр не приспособлен для подавления резонанса в условиях, когда параметры контура регулирования (толщина и натяжение полосы и частотаколебаний эксцентриситетных) зависятот одного и того же параметра - скорости прокатки. Требуется перестройка фильтра.Цель изобретения - более полноеподавление резонанса и повышениебыстродействия контура регулирования.Указанная цель достигается тем,что фильтр низших частот для подавления резонанса контура регулирования параметра прокатки, содержащий11355 5 измеритель знака сигнала, измеритель модуля и корректор усиления, корректируемый вход которого соеди нен с входом измерителя знака сигнала, а корректирующий вход - с выходом измерителя модуля, дополнительно содержит нелинейный интегратор нарастающего сигнала с ограничением результатов интегрирования, измеритель скорости, нелинейный преобразователь, сумматор и устройство дифференцирования спадающих сигналов, причем вход нелинейного интегратора соединен с выходом измерителя знака сигнала, а его выход - с входом измерителя модуля, вход нелинейного преобразователя соединен с измерителем скорости, а его выход - с входом задания уровня сигнала измерителя знака, вход устройства дифференцирования спадающих сигналов соединен с выходом корректора усиления, а его выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом корректора усиления.Нелинейность интегратора заключается в наличии ограничения и всбрасывании результатов интегрирования на нуль при смене знака входного сигнала Отсутствие ложного нуля позволяет включить в состав фильтра элемент, форсирующий результаты фильтрации.На фиг.1 дана функциональная схема предлагаемого фильтра; на фиг.2 - 4 - 35 графики работы фильтра; на фиг 5 и 6 - упрощенные схемы примера исполнения .нелинейных элементов фильтра.Фильтр представляет собой (фиг.1) 40 корректор 1 (умножитель), корректируемый вход 2 которого связан с входом измерителя 3 знака сигнала, а корректирующий вход 4 - с выходом измерителя 5 модуля, вход которого 45 подключен к выходу интегратора 6, измеритель 7 скорости клети, определяющей изменение запаздывания контура, связан через нелинейный преобразователь 8 с входом задания уровня 50 сигнала измерителя 3 знака, Выход корректора 1 связан с выходом фильтра в целом через сумматор 9 непосредственно и через звено 10 дифференцирования спадающих сигналов. 55 Устройство также содержит задатчик 1 нелинейности преобразователя 8, задатчик 12 темпа интегратора 6 и за 1 Одатчик 13 коэффициента форсирования звена 10.Нелинейный преобразователь 8 реализует 1 следующую функцию от скорости полосыц1-) 1+)1 ф 11/ 11 1 Тмгде К = в = в =0-1 - параметрИ Т +ТУУ 1/"ц 1 ЗаДаВаЕмыйвручную;Т- суммарное инерционное запаздывание контура регулирования (датчика и привода), с;Т м В,б - минимальное значение транспортного запаздывания, от клетй до датчика (при максимальной скорос ти полосы), с;0 и О - сигналы, выраженные в долях от максимального значения.Запаздывание Топределяется экспериментально с использованием пробных сигналов.Нелинейность (1) обеспечивает поддержание оптимальной настройки фильтра при всех скоростях полосы путем изменения уровня сигнала блока 3, интеграл от которого формируется блоком 6.Фильтр работает следующим образом.На фиг.2 показана работа фильтра на подавление колебаний в полосе пропускания, примерно на частоте среза (фиг.3) и в полосе подавления (фиг.4). За единицу сигналов принято их максимальное значение. Дейст,. вие. фильтра в каждом полупериоде одинаково, начиная с нуля. Кривая Я преД ставляет собой сигнал на выходе корректора 1 (фиг.1), умножающего исходное колебание (кривая Б) на сигнал (кривая В), сформированный интегратором 6. В момент смены знака исходного колебания (кривая Б) измеритель 3 знака скачком реверсирует . сигнал на входе интегратора 6, который начинает интегрировать этот сигнал с нуля (после смены знака интегрируется только нарастающий сигнал). Результат.ннтегрирования (кривая В) ограничен насыщением на уровне (кривая). В период насыщения исходный сигнал (кривая б) повторяется на выходе корректора 1 без искажения. В конце полупериода в момент смены зьака исходного колебания (кривая Ь ) результат интег 1135510рирования сбрасывается в нуль, спадающий сигнап (кривая Д 1 проходит без интегрирования. Поэтому в следующем полупериоде все повторяется, начиная с нуля. Задатчик 11 и измеритель 7 через нелинейный преобразователь 8 задают темп интегрирования (кривая В и этим самым период колебаний, с которого практически начинается подавление, и период колебаний, после которого колебания можно считать практически подавленными. За начало процесса подавления можно принять совпадение темпа интегрирования (кривая В) с темпом, нарастания исходного сигнала (кривая В) в начале полупериода (фиг.2). Середина процесса - это насыщение интегрирования в конце полупериода (близко к процессу фиг.З). Для определения полного подавления необходимо задаться допустимым остатком, которому соответствует нарастание результатов интегрирования (фиг.4,отрезок 0,2)Ослабление амплитуды предлагаемым фильтром начинается несимметрично - с переднего фронта (кривая А),каждого полупериода. Поэтому неизбежен сдвиг по фазе первой гармоники результатов фильтрации в сторону отставания. Звено 10 дифференцирования спадающих сигналов компенсирует это отставание по фазе (фиг.З) добавлением с помощью сумматора 9 к сигналу фильтра результатов его дифференцирования. Суммарный сигнал представлен кривой 6 . Дифференцирование только спадающих сигналов обеспечивает отсутствие влияния на процесс подавления, который осуществляется в основном за счет огра" ничения нарастающего сигнала.На фиг.5 приведен пример выполнения нелинейного интегратора б, а на фиг.б - элемента 10 нелинейного дифференцирования на базе операционных усилителей У. Интегрированиетолько нарастающего сигнала (фиг.5)получено с помощью двух однополярнык 5 (стабилитроиы Д 7 и Д 8) усилителейУ 1 и У 2 за счет того, что в обратнойсвязи каждого усилителя У 1 (У 2) диоды Д 1 (Д 2) и ДЗ (Д 4) пропускают толь"ко ток заряда интегрирующего конденсатора С (С 2). Разряд этого конденсатора проходит вне обратной связиусилителя У 1 (У 2) через диод Д 5 (Дб)и резистор КЗ (24), имеющий достаточно малое сопротивление, чтобы обес печить самую низкую постоянную времени. Регулируемые резисторы 1 и 2задают исходный темп интегрирования.Дифференцирование только спадающего сигнала (фиг.б) получено с по мощью двух односторонне действующихконденсаторов С и С 2, связанных ссуммирующей точкой усилителя У, который одновременно является и сумматором 9, добавляющим результаты 25 дифференцирования к сигналу фильтра(С 2) заряжается через диоды Д 1 (Д 2) иД 5 (Дб) мимо усилителя У, а разряжается через суммирующую точку усили- ЗО теля У, диод ДЗ (Д 4)и резистор )1(К 2), имеющий низкое сопротивление.Резисторы Й 1 и к 2, кроме того, задают требуемый коэффициент форсирования действия фильтра.35Эффективность предлагаемого фильтра заключается в повышении качествапрокатываемой полосы, сокращениипростоя стана и износа его механизмов.Указанные преимущества достигаютсяза счет более полного подавления резонанса и повышения быстродействияконтура регулирований, содержащегофильтр, что приводит к уменьшению 45высокочастотных составляющих разнотолщинности прокатываемой полосы.Подписи тент",.Ужгород, ул,Проектная 0145/4 ВНИИПИ оьятета СССР по д открытий 113035, шская наб., д. 4/