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

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111910259(22) Заявлено 090780 (21) 2958974/22-02 В 21 В 37/00 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫ ОТКЛОНЕНИЙ ТОЛЩИНЫ И НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОСЫ НА ПРОКАТНОМ СТАНЕасина бы е действие овышенному на которы ы. Поэтому регуляторы егуляторов приво зносу механизмов воздействуют реужно не пропусозмущения резоТа дит к клете гулят катьИзобретение относится к автом зации производственных процессов, а именно, к регулированию толщины и натяжения полосы на прокатном стане.В процессе прокатки полосы на ее толщину и межклетевые натяжения на кладываются 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)нсной частоты, не снижая при этомстродействия регулирования.Известен линейный фильтр (1 низчао.Но линейный фильтр, уменьшая амплитуду отклонений, вносит фазовыйсдвиг сигнала. Поэтому применениетакого фильтра ведет к уменьшениюзапаса устойчивости и требует соответствующего замедления действиярегулятора. Кроме того, не полностьюустраняется резонирующее действие регулятора, так как при применении ли-,нейного фильтра резонансная частотаконтура регулирования смещается всторону более низких частот.Наиболее близко к предлагаемомуустройство 2), которое содержит соединенные последовательно элеме тсравнения, узел с насыщением и операционный, усилитель. Выход операционного усилителя связан с одним извходов элемента сравнения, и тем самым устройство имеет цепь общей отрицательной обратной связи. Операционный усилитель включен в режиме интегратора. Узел с насыщением имеетбольшой коэффициент усиления такой,что его характеристика близка к ре лейкой.Если темп изменения входного сигнала устройства не превышает некоторого предельного темпа, элемент снасыщением работает на линейнойчасти своей характеристики. Приэтом, устройство без существенногоискажения повторяет входной сигнал..Это объясняется тем, что эквивалентная постоянная времени устройстваблагодаря большому усилению элемента с насыщением мала, При темпе нарастания входного сигнала устройства, превышающем предельный или равном ему выходной сигнал элемента снасыщением заходит в область ограничения. И устройство ограничивает сигнал в соответствии с заданным пре,цельным темпом изменения. Величинапредельного темпа определяется уровнем ограничения узла с насыщением ипостоянной 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 колебания будут передаваться устройствомбез заметного искажения, Выше этойчастоты устройство начинает уменьшать амплитуду отклонений , и принекоторой частоте колебания можно 30считать исключенными из сигнала.Однако процесс подавления амплитуды высокочастотных отклонений толщины или натяжения прокатываемойполосы таким устройством сопровож-, 35дается фаэовым сдвигом сигнала, который доходит до 90 . Поэтому известоное устройство не позволяет подавитьотклонения резонансной частоты присохранении заданного быстродействияконтура регулирования.Цель изобретения - минимизация фазового сдвига сигнала,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее элементсравнения, 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 свыходсм операционного усилителя непосредственно, а другой - через нелинейное дифференцирующее спадающийсигнал звено. 55На фиг. 1 дана Функциональнаясхема устройства 1 на фиг. 2 - показано его действйе на гармоническиеотклонения; на фиг. 3 - при наложении гармонического отклонения налинейно нарастающие сигналы; нафиг. 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 спадающиесигналы звена.Сигнал, поступающий на вход 1,пропорциональный отклонению толщиныили натяжения прокатываемой полосыот заданного значения (фиг, 1), по,ступает на один из входов элемента 2сравнения и далее через узел 3 с насыщением - на вход операционногоусилителя 4.В обратную связь усилителя 4 включено нелинейное дифференцирующеезвено 5. Выходной сигнал усилителяпоступает на другой вход элемента 2сравнения цепь отрицательной обратной связи), а также на сумматор 6непосредственно и через нелинейноедифференцирующее звено 7,При подаче на вход устройства колебаний, темп нарастания полуволнкоторых превышает предельный, с началом каждого полупериода колебанийсигнал, ограниченный по величине узлом 3 насыщения,поступает на входусилителя 4. Напряжение на выходеусилителя начинает увеличиваться. Характеристика нелинейного дифференцирующего звена 5 такова, что оно дифференцирует только нарастающий сигнал, и при нарастании сигнала усилитель 4 ведет себя какинтегратор.Характер изменения сигнала на выходе усилителя 4 показан на фиг. 2.При этом темп нарастания сигнала определяется максимальным выходнымсигналом узла 3 и постоянной интегрирования усилителя 4,В момент времени, когда сигналпревысит сигнал на входе 1, напряжение на выходе узла 3 с насыщениемсменит полярность, а напряжение навыходе усилителя 4 начнет уменьшаться (точка 4 ).Характеристика нелинейного звенатакова, что при спаде сигнала обратная связь усилителя 4 размыкается.Устройство в этом режиме превраща"ется в единый операционный усилитель с большим коэффициентом усиления и общей цепью отрицательной обратной связи. Узел 3 с насыщением приэтом переходит на линейный участоксвоей характеристики,И при спадениисигнала от точки ц до точки 6 вступает в дейстВие обратная связь с выходаусилителя 4 на вход элемента 2 сравнения;В следующий полупериод колебанийхарактер формирования сигнала повторяется. Таким образом, устройствоограничивает амплитуду сигнала, номоменты перехода через нуль входного и выходного сигкалов устройствасовпадают, Это обеспечивает минимальный фазовый сдвиг основной гармони910259 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Знаменский А.Е., Теплюк И.Н.60 Активные фильтры, И Связь 1,1970, с. 30.2. Лебедев Е.Д. и др. Управлениевентильными электроприводами постоянного тока, М., 1 фЭнергияфф, 1970, 65 с. 9, рис, 2 3 В. ческой составляющей выходного сигна- вла относительно входного сигнаведение в ст йсУ ро тво нелинейноВ процессе прокатко сигнала. го дифферен ии полосы на ста- налы звена 7 и суммато а бр ц рующего спадающие сигне настройка контуров регулированияи сумматора б позволяетизменяется, например, в функции скодополнительно уменьшить аф зовыйрости прокатки. При изменении настрой- Н фсдвиг сигнала, вносимый сустройством.ки регуляторов изменяется иха фиг. 5 (кривая в )х резо- ной сигнал ст ой) показан выходнансная частота. Поэтому бтре уется ный с примечениему р ства, сФормированперестраивать устройство, изменяяием нелинейного звенавеличину граничного темпа, кото ый7 и сумматора 6.Испсполнение нелинейнокоторый,го звена. 7 дано на фиг,б.у звена 7как отмечалось, определяется уровнем разделограничения узла 3 с насыщением и яены посредством ио овпостоянной интегрирования нарастаю- врастанииряда .и разряда конденсаторов.П и нари нащего сигнала усилителем 4. Для авто- полярнастании сигнала в зависимости от е гоматической перестройки устройства 9рности заряжается кон енсд сатор 8или соответственно через диод 14нужно сделать управляемым входное или 15 Посопротивление усилителя 4 или уровень 15 не влироцесс заряда конденсаторовне влияет на выходной сигнал суммаограничения узла 3, соединив усили-, ра. ри спаде величины сигнала кон"разряжаются соответтель 4 или узел 3 с датчиком скорос- денсаторы 8 9ственно по цепи диод 16, сумматор бПредлагаемое устройство является или дио 17од , сумматор б. Ток разрянелинейным, поэтому важно рассмот да конд на конденсаторов дополнительно увереть его действие при наложении сиг- личивает темп спада выходного сигнаналов. На фиг. 3 показаны колебания 5, ла ус йа стро ства. При этом дополнительчастота которых такова, что они про- но уменьшается фазовый сдвиг основбеэ искпускаются устройством, практически ной гармонино гармонической составляющей выеэ искажения. При прохождении че- р 5 ходного сигнала устройства относирез устройство высокочастотных откло- тельно входновходного сигнала,нений (сигнал ь,) их амплитуда умень- Эффффективность устройства заклюшается (кривая д ) . Кривая Ю соответ- чается в тоается в том, что оно подавляет выствует выходному сигналу устройства сокочастотные отклонения толщины ипри наложении гармонического сигна-. натяжениятяжения полосы на непрерывном прола . на постоянный сигнал. Кривая катном стане практсоответствует выходному сигналу передаваемостане практически без сдвигаередаваемого 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-ф чество прокаты йр катываемо полосы и устойного, и он не ограничивается устрой- чивость проц ссь процесса прокатки,ством. При наложении гармоническогосигнала на линейно нарастающий, темпнарастания которого равен предельно- Формулормула изобретенияму (кривая к ), выходной сигнал устройства будет соответствовать кривой стро ство для фильтрации высокоЛ, а при наложении сигнала ъ на сиг- частотных отклон ийтклонени толщины и натянал , нарастающий с темпом, больше жения полосы ал сы на прокатном стане, сопредельного, выходной сигнал ограни- держащее последов т.р ее последовательно соединенныечивается предельным темпом.Иэ 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 щой1тличающеесятем, что,рой потерей сигнала, аналогич- с целью минимизации Фазового сдвиганой наличию малой зоны нечувствитель- сигнала в обратнуности. Однако такая зона нечувстви- ного усилителя, оно содержит нелидиф еренцирующее звено и сумтельности не превышает амплитуды ко- нейное дифференци ю еелебаний. матор, один вход которого соединенНа Фиг. 4 показан пример испол- с выходом операционного усилителянения нелинейного дифференцирующего непосредственно, а другой - через ненарастающий сигнал устройства. В за 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. Принарастании сигнала усилитель 4 ведет себя как интегратор. Постояннаяинтегрирования при этом определяется входным сопротивлением усилителяи емкостью конденсаторов 8, 9.930259 инген Составитель В. Техред Л. Пекар ректор С федото Редакт Подписн Тираж 842НИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытиМосква, Ж, Раушская наб., д аказ 96