Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала

)х агрегатов ш)ленности. ь, 1982,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московское специализуправление по монтажу, редернизации и наладке технкого оборудования Всесовэдинения "Союзоргбумпром"политехнический институткого комсмола(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к текстильной и бумагоделательиой промышленности. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем обеспечения инвариантности к изменениям нагрузки. Отличительной особенностью устройства является нали" чие в нем блока перераспределения, диапазона регулирования в эависи" мости от технологических возмущений. При появлении отклонения натяжения от заданного значения происходит ав" томатическая перестройка уровней ог " раничения выходного сигнала регуля- . й тора натяжения с,сохранением симмет" ричного диапазона регулирования. 2 з,п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к текстильной и бумагоделательной промышленности.Цель изобретения - повышение точ" ности регулирования путем обеспечения5 инвариантности к изменениям нагрузки.На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема блока перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений; на фиг, 3 - принципиальная схема блока : ограничения регулирующего воздействия. 15Устройство состоит иэ двух расположенных последовательно секций транспортировки материала 1. Каждая секция включает,механизм 2 транспортировки, соединенный с электродвнга телем 3, и последовательно включенные регулятор 4 натяжения материала с блоком 5 ограничения регулирующего воздействия, соединенным, одним вхо" дом с выходом регулятора 4 натяжения, 25 а выходом - с входом регулятора 4 натяжения, и подключенным к входу регулятора 4 натяжения датчиком 6 натяжения, систему 7 регулирования скорости электродвигателя 3 с подключенным к 30 ее входу датчиком 8 скорости. Устройство содержит блок 9 перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений, выход которого подключен к входу бло ка 5 ограничения, первый. вход - к датчику 8 скорости второй секции,второй вход " к датчику 8 скорости первой секции, третий вход - к датчику б натяжения первой секции, а четвер" 40 тый вход " к датчику 6 натяжения второй секции.Блок 9 содержит последовательно включенные инвертор 10, фильтр 11 нижних частот первого порядка и сумматор 12, причем вход инвертора 10, второй и третий входы фильтра 11 нижних частоти второй вход сумматора 12 являются соответствующими входами блока 9, а выход сумматора 1 2 является выходом блока 9.Блок 5 ограничения содержит первый транзистор 13 прямой проводимости, эмиттер которого соединен с катодом диода 14 и обкладкой конденсатора 15, коллектор " с анодом диода 16, а база - с резисторами 17 и 18, при этом свободный вывод резистора 17 соединен с подвижным контактом (движ Кчйьц: ---- -т - 4У Р++ --- Щ +ЬР1Ч где ЬФ Ь,приращения относительных значений натяжений бумажного полотна соответственно во 11 и 1 секциях; относительные значе" ния коэффициентов пе" редачи бумажного полотна;постоянная времени деформации бумажного полотна;расстояние свободного хода бумажного полат" на между 1 и 11 секциями;скорость 11 секции; приращения относительных значений скоростей 1 и 11 секций; приращение относительного значения откло-.нений натяжения; Ч 1 ф Ч тр = / Ь %техн ком) потенциометра 9, один вывод которого подключен к положительному выводу источника 20 двухполярного напряжения; транзистор 2 обратной проводимости, эмиттер которого соединен с анодом диода 22 и обкладкой конденсатора 23, коллектор - с като.- дом диода 24, а база - с резисторами 25 и 26, при этом свободный вывод резистора 25 соединен с движком потенциометра 27, один вывод которого подключен к отрицательному выводу источника 20 двухполярного напряже" ния, а второй вывод соединен с вто" рым выводом потенциометра 19 и подключен к общей точке источника 20 двухполярного напряжения.Устройство работает следующим образом.Натяжение бумажного полотна в меж-. секционном промежутке между 1 и 11 секциями создается разностью скоростей данных секций и зависит от величины натяжения полотна, транспортируемого из предыдущего межсекционного промежутка и параметров технологического процесса в технологической зоне 1 секции, т.е.Р=.й/Ж - оператор дифференцирования.Переходя в уравнении (1) от приращений и относительных величин к их абсолютным значениям, получимчР- Ч -Ч, +- -х +10х Р, +Ртгде Р и Р - соответственно заданное значение натяжения и его отк-) лонение от заданного.Процессы регулирования натяжения в электропрнноде бумагоделательной35 машины осуществляются таким образрм,Регулятор 4 натяжения включается в работу после . заправки бумажного полотна 1 и установления заданной величины натяжения Р в межсекционном20 промежутке между 1 и 11 секциями при помощи подрегулировки скоростей Ч,( и Ч секций, ограничивающих данный промежуток, Выходной сигнал регулятора и натяжения описынается уравнением0 (Р)11 (Р) Б,ц(Р) х У (Р)где 0 ц (Р) - напряжение задания; З 00(Р) - напряжение датчика 6натяжения;М (Р) - передаточная функциярегулятора 4 натяжения.35При включении регулятора 4 натяже": ния в работу его выходной. сигнал устанавливается равным нулю, т,е,1в (Р)О. В процессе работы натяжение бумажного полотна подвергается 40воздействию различных возмущений,основными из которых являются изменения момента нагрузки секции ЬМ,и технологические отклонения натяженияРте )( в 1 секции. РегУлЯтоР 4 натЯжения обрабатывает укаэанные возмущения, формируя сигнал управления. Орь(Р) для подрегулировки скоростиЧ второй секции.Ограничение выходного сигнала ре"гулятора 4 натяжения служит для того,чтобы изменение задающего натяжениясигнала ц (Р) во 11 секции не оказывало существенного нлияния на электропривод последующей смежной секции)Выходной сигнал регулятора 4 натяжения должен быть не более, чем где ы.3"4 - коэффициент форсирон"ки,Я - относительное удлине"ние материала;)( " относительная скорость 1 секции;П, - максимальное значение задающего напряжения.Для обеспечения линейности систе мы при обработке возмущений по момен" ту нагрузки секции ). И с максималь" ный сигнал регулятора натяжения должен удовлетворять условиюогр Трр)( -Т( )(с А,(ахс ) (4) где6,3 (ПИ-регулятор);(3 = 4,4 (П-регулятор) - коэффициент, зависящий от типа регулятора натяжения;Т - малая постоянная времениконтура тока;Т - электромеханическая посто"Цянная времени;)ь( - относительное значение активного сопротивления якорной цепи;(,ща - относительная величина мак"симального изменения момента нагрузки.При невозможности одновременного соблюдения неравенств (3) и (4 ) величина ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения выбирается из условия (4), обеспечивающего ли" нейность системы при возмущениях по моменту нагрузки ЬМс.Выходной сыгнал регулятора 4 натяжения ограничинают блоком 5 ограничения, Для этого устанавливают заданные положительный и отрицательный уровни ограничения +в блоке 5 ограничения,Нестабильность во времени параметров технологического процесса нызывает технологические отклонения натяжения Р щ , которые, отрабатываясь регулятором 4 натяжения, смещают его рабочую точку с нуля на ве"личину ь 3 рр)( Ртехн ахгде- коэффициент усиления ре гулятора 4 натяжения; К ц - коэффициент передачи датчика 6 натяжения. В результате положительный и отрицательный уровни ограничения оказываются несимметричными относительно вы"; ходного сигнала Бр регулятора 45 ,14164натяжения, причем один из уровнейограничения становится меньше требуемого, Это приводит к линейности системы вследствие насыщения регулятоБра 4 натяжения при возмущениях помоменту нагрузки ЬМо. Контур регулирования натяжения размыкается, в результате снижается точность и быстродействие системы, а низкий уровень 10ограничения + у р, и достаточноогбольшой коэффициент усиленияррегулятора 4 натяжения, как следствие,приводит к неработоспособности системы регулирования натяжения. 15Для устранения указанных недостатков необходимо измерять отклонениянатяжения Ри по полученным сиг"налам 13перестраивать установкууровня ограничения регулятора 4 натяжения,Поскольку технологические отклонения натяжения Р хц недоступныпрямому измерению, то для их опреде"ления использован косвенный метод. 25Технологические отклонения натяженияРт определяют по модели объекта регулирования (бумажного полотна) беря за основу уравнение (2).Разность скоростей секций ЬЧ = 30= Чг - Ч, и натяжение иэ предыдущегомежсекционного промежутка Р подаются на аналоговую модель бумажного полотна. Вычитая из выходного сигналаобъекта регулирования выходной сигнал З 5модели, имеемы), (с) = ц, (И к, (ьч) +1,где М (Р) = ---- передаточнаяо 2 функция объекта регулирования (бумажного полотна);Если выбрать передаточную Функциюмодели М (Р) = Ы (Р) Кднг, то по- ) 11 ко ( ) Рте хн (+ ) КднгДдя определения технологическихотклонений натяжения Рпо уравнению (2) необходимо выполнять операции вычитания и усиления со сдвигомпо Фазе.Принципиальная схема блока 9 соответствует принятой в системе УБСР-АИ 21 6полярности сигналов обратных связей.Инвертирующий усилитель 10 изменяетполярность сигнала Ч датчика 8скорости 11 секции для получения разности иЧ = Ч, - Чг. Фильтр нижнихчастот первого порядка, являясь моделью бумажного полотна 1, преобраэу"ет указанную разность и сигнал. Рдатчика Ь натяжения 1 секции в сигмоАнал Р , соответствукиций натяжениюгбумажного полотна 1 в межсекционномпромежутке между 1 и 11 секциями,В инвертирующем сумматоре 12 из сигнала Р датчика 6 натяжения 11 секймодции вычитается сигнал модели РПолученная разность 11 представляетсобой величину, пропорциональную технологическим отклонениям натяженияРте хн,Емкость конденсатора и сопротивления резисторов отдельных узлов блока9 связаны с параметрами электропривода 3 соотношениями;С 1 = Т 5,/В 6; В 1 В 2; В 3. = В 4;В 6 = В 4 Кчг КднгВ 5=В 6 КчКдн еВ 7 =В 8=В 9.Определенный таким образом в блоке 9 сигнал бБ(1) поступает на входблока 5 ограничения и перестраиваетположительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения, Положительныйи отрицательный уровня ограничениявыходного сигнала Б рн регулятора 4натяжения устанавливаются в блоке 5опорными напряжениями, снимаемыми сдвижков потенциометров 19 и 27 и запирающими соответствующие транзисторы 13 и 21. При превышении выходньисигналом регулятора 4 натяжения установленного опорного напряжения даннойполярности соответствующий транзистороткрывается, а избыток выходного сигнала 11 рц регулятора 4 натяжения в,качестве отрицательной обратной связи поступает на вход регулятора 4 натяжения, т.е. выходной сигналрегулятора 4 натяжения ограничивается блоком 5 ограничения на задан"ном уровне,Корректирующий сигнал Ы 3(1) свыхода блока 9 поступает на базытранзисторов 13 и 21 н, суммируясьздесь с соответствующими опорныминапряжениями, перестраивает одновре"менно положительный и отрицательныйуровни ограничения, При этом оба1416421 20 25 30 3540 45 БО уровня ограничения перестраиваютсяв сторону одной полярности, котораясоответствует полярности корректирующего сигнала Ь Б(С ), т, е, осущест"вляется параллельный сдвиг обоихуровней ограничения,Однако если на одном из транзисторов модуль корректирующего сигнала5 11(С) оказывается больше модуля,противоположного ему по знаку запи"рающего опорного напряжения, то этоттранзистор открывается и шунтируетвход регулятора 4 натяжения с еговыходом. Поэтому в коллекторные цепитранзисторов 13 и 2 включены ограничивающие диоды 16 и 24, которые;не препятствуя процессу ограничения,устраняют укаэанный недостаток,Датчиками 6 натяжений и датчиками 8 скоростей 1 и 11 секций измеряют натяжения материала перед этими секциями и их скорости. Измеренный сигнал натяжения перед 11 секци.ей вычитают иэ заданного значенияна входе регулятора 4 натяжения этойсекции, По полученной разности в регуляторе 4 натяжения П секции формируют сигнал управления скоростьюэлектропривода этой секции. Одновременно блоком 5 ограничения устанавливают заданные положительный и отрицательный уровни ограничения дляформируемого на выходе регулятора 4натяжения сигнала управления, Дляэтого в блоке 5 ограничения потенциометрайи.9 и 27 устанавливают задан"ные положительное.и отрицательноеопорные напряжения, Одновременно вблоке 9 определяют величину технологических отклонений натяжения. Дляэтого на первый вход блока 9 подаютсигнал датчика 8 скорости 11 секции,на второй вход " сигнал датчика 8скорости 1 секции, на третий входсигнал датчика 6 натяжения 1 секции,а на четвертый вход - сигнал датчика 6 натяжения 11 секции. В блоке 9сигнал датчика 8 скорости 11 секцииинвертируют инвертирующим усилителем 10 и вычитают из сигнала датчика 8 скорости Х секции на входеФильтра 11 нижних частот первого порядка, На третий вход фильтра 11подают сигнал датчика 6 натяжения1 секции. Указанные сигналы преобразуют Фильтром 11 нижних частот, Изполученного результата вычитают сигнал датчика 6 натяжения 11 секции,для чего подают выходной сигнал Фильтра 11 на первый вход, а сигнал датчика 6 натяжения 11 секции - на второй вход инвертирующего сумматора 12, Выходной сигнал сумматора 12, пропорциональный величине технологических отклонений натяжения, является выходным сигналом блока 9. Сформированный таким образом корректирующий сигнал с выхода блока 9 подают на второй вход блока 5 ограничения и этим сигналом перестраивают положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения 11 секции,Если технологические отклонения натяжения отсутствуют, то корректирующий сигнал на выходе блока 9 равен нулю, а установленные положительный и отрицательный уровни ограничения выходного сигнала регулятора 4 натяжения соответствуют опорным напряжениям, установленным потеициометрами 19 и 27 блока 5 ограничения.Рассмотрим работу устройства при отклонении натяжения по технологическим причинам, Например, увеличение натяжения в межсекционном промежутке между 1 и 11 секциями по технологи" ческим причинам вызывает возрастание сигнала датчика 6 натяжения Псекции. Разность сигналов задания идатчика 6 натяжения 11 секциинавходе регулятора 4 натяжения становится отрицательной. На выходе регулятора 4 натяжения появляется положительный сигнал, который поступаетна вход системы 7 регулирования скорости и уменьшает скорость электропривода 11 секции, что приводит квосстановлению натяжения с заданнойточностью. При этом сигнал датчика6 натяжения 11 секции восстанавливается на прежнем уровне, а сигнал датчика 8 скорости этой секции уменьшается. Одновременно сигналы с датчиком 8 скоростей и с датчиков 6 натяжений 1 и 11 секций подаются на блок 9. Уменьшение по абсолютной величине сигнала датчика 8 скорости 11 секции приводит к уменьшению разности сигналов скоростей 1 и 11 секций на входе фильтра 11 нижних час 55 тот, Положительный выходной сигнал фильтра 11 уменьшается и на входеинвертирующего сумматора 12 появляется отрицательный сигнал, Нг выходе сумматора 12, который одновременно9 14 является выходом блока 9, формируется положительный сигнал, пропорциональный величине технологического отклонения натяжения. Из блока 9 кор" ректирующий сигнал поступает на вход блока 5 ограничения. На базах траи" эисторов 13 и 21 корректирующий сиг" нал суммируется с положительным и отрицательным опорными напряжениями, снимаемыми с движков потенциометров 19 и 27. Положительный потенциал базы транзистора 13 возрастет, а отрицательный потенциал базы транэис" тора 21 .уменьшается. Таким образом, одновременно изменяются уставки положительного и отрицательного уровней ограничения, причем уставка поло" жительного уровня ограничения возрас" тет, а отрицательного - уменьшается. . В результате амплитуды обоих уровней ограничения остаются постоянными от" носительно возросшего по технологическим причинам выходного сигнала регулятора 4 натяжения.Формула изобретения1 Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала, содержащее расположенные последовательно две секции транспортировки материала, каждая из которых состоит из электродвигателя, имеющего датчик скорости, выходом подключенный к пер" вому входу системы регулирования скорости электродвигателя, вторым входом соециненной с выходом регулятора натяжения материала, датчика натяжения материала, выходом связанного с первым входом регулятора натяжения материала, и блока ограниче" ния регулирующего воздействия, вы" ходом соединенного с вторым входом регулятора натяжения материала, а информационным входом " с выходом регулятора натяжения материала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности регулирова" ния путем обеспечения инвариантности к изменениям нагрузки, оно снабжено блоком перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений, выход которого соединен с управляющим вхо" дом блока ограничения регулирующего воздействия, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами датчи"1 б 421 1 О 5 двухполярного напряжения соединены 5 10 15 20 25 30 ков скорости второй и первой и датчиков натяжения материала первой ивторой секций транспортировки мате"риала,2. Устройство по п.1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что блок перераспределения диапазона регулирования в зависимости от технологических возмущений состоит из инвертора,фильтра нижних. частот первого поряд"ка и сумматора, при этом выход инвер"тора соединен с первым входом фильтра нижних частот первого порядка,второй и третий входы которого являются соответственно вторым и третьимвходами блока перераспределения диапазона регулирования в зависимостиот технологических возмущений, а выход связан с первым входом сумматора, при этом вход инвертора и второйвход сумматора являются соответственно первым и четвертым входами блокаперераспределения диапазона регули"рования в зависимости от технологических возмущений, выходом которогоявляется выход сумматора.3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок ограничения регулирующего воздействия состоит иэ транзисторов прямой и обратной проводимости, потенциометров, диодов, резисторов, конденсаторов и источника двухполярного напряжения, при этом первые обкладки конденсаторов, катод первого и анодвторого диодов объединены и являютсявыходом блока ограничения .регулирующего воздействия, анод первого диодасвязан с коллектором транзистора прямой проводимости, эмиттер которого соединен с катодом третьего дио .да и с второй обкладкой первого кон"денсатора, а база через первый резистор связана с подвижным контактомпервого потенциометра, катод второ"го диода подключен к коллектору транзистора обратной проводимости, эмиттера соединенного с анодом четвертого диода и с второй обкладкой второго конденсатора, а базой через второй резистор " с подвижным контактомвторого потенциометра, положитель"ный вывод и общая точка источника между собой через первый потенцио"метр, отрицательный вывод и общаяточка источника двухполярного напряжения соединены между собой через11второй потенциометр, а база транзистора прямой проводимости через последовательно включенные третий и четвертый резисторы подключена к базе транзистора обратной проводимости, причем точка соединения третьего и четвертого резисторов является уп 6421 12равляющим входом блока ограничения регулирующего воздействия, а объединенные анод третьего и катод четвертого диодов объединены и являются 5инФормационным входом блока ограничения регулирующего воздей- ствия1416421 Н) щййдц оставитель Б, Киси ехред И.Ходанич . Корректор В.Бутяг едок т елеме Мююю Тираж .585арственного комитета СССэобретений и открытийЖ, Раупскал няб,р д. Закаэ 4024/18 одпис иэводственно-полиграфическое предприятие л. Проектная,3 КИИПИ 1 осу по делам13035, Москва Рлфп"РФРуайу 4 ЮбАРИОЛА Фон 3