鋼帶纏繞張力控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、纏繞張力控制在造紙、紡織、航天航空等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用的范圍。在纏繞預(yù)應(yīng)力模具的制造過(guò)程中，鋼帶層的預(yù)應(yīng)力分布直接影響著模具的使用壽命和強(qiáng)度，提高預(yù)應(yīng)力模具鋼帶層纏繞張力的控制精度對(duì)于提高預(yù)應(yīng)力模具性能有重要的意義。與鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具相比，目前存在的鋼絲纏繞預(yù)應(yīng)力容器的制造代價(jià)比較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力的數(shù)量級(jí)較低，不能應(yīng)用于超高內(nèi)壓的環(huán)境，因此，研究和分析鋼帶纏繞張力控制系統(tǒng)有著重要的實(shí)用價(jià)值和創(chuàng)新性。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的鋼帶纏繞張力

2、控制系統(tǒng)，首先要求鋼帶纏繞張力能夠按期望張力進(jìn)行纏繞，其次要求纏繞過(guò)程具有穩(wěn)定的傳動(dòng)速度。被控對(duì)象是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合及非線(xiàn)性的系統(tǒng)。因此，如何獲得期望的纏繞張力和穩(wěn)定的傳動(dòng)纏繞速度是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
　　 本課題依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：鋼帶纏繞預(yù)應(yīng)力模具變張力設(shè)計(jì)理論與實(shí)驗(yàn)研究( NO.50875111)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域大量文獻(xiàn)進(jìn)行的分析研究，在整體分析了各種纏繞張力控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了基于雙電機(jī)控制模型的

3、纏繞張力控制系統(tǒng)。纏繞張力控制系統(tǒng)集成了伺服控制的精確性和矢量變頻控制技術(shù)的快速性，在放卷控制側(cè)采用伺服控制技術(shù)提高控制系統(tǒng)本身速度控制的精確性，在纏繞控制側(cè)采用矢量變頻控制技術(shù)使張力控制更為快速有效。
　　 在確立了纏繞張力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了采用穩(wěn)定放卷速度、控制纏繞側(cè)張力的控制策略。在放卷側(cè)采用伺服速度控制模式提高放卷線(xiàn)速度的穩(wěn)定性；在纏繞側(cè)采用轉(zhuǎn)速一張力雙閉環(huán)控制提高張力控制的快速性。在控制方法方面確立了采用Fu

4、zzy-PI雙?？刂苼?lái)改善常規(guī)PI控制在瞬態(tài)控制過(guò)程中的缺點(diǎn)。
　　 針對(duì)纏繞張力控制中Fuzzy-PI雙模切換控制切換點(diǎn)的選擇問(wèn)題，在對(duì)不同切換方式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了在自然切換點(diǎn)處切換的切換策略。論證了自然切換點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)平滑切換的可行性，針對(duì)纏繞張力控制設(shè)計(jì)了Fuzzy-PI控制器。仿真研究結(jié)果表明Fuzzy-PI自然切換點(diǎn)處的切換雙?？刂票苊饬嗽谄谕袚Q點(diǎn)處直接切換帶來(lái)的電磁轉(zhuǎn)矩尖端脈沖問(wèn)題。仿真結(jié)果還表明Fuzzy-P

5、I控制比PI控制下張力的瞬態(tài)性能上有很大的改善。
　　 為了解決PI控制下放卷速度穩(wěn)態(tài)過(guò)程中速度波動(dòng)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)了自然切換點(diǎn)處切換控制的基礎(chǔ)上，提出了將Fuzzy控制引入到改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的過(guò)程中思想。改進(jìn)了傳統(tǒng)Fuzzy-PI雙?？刂浦蟹€(wěn)態(tài)性能只依賴(lài)PI控制參數(shù)的模式，即通過(guò)將自然切換點(diǎn)設(shè)置到到穩(wěn)態(tài)誤差帶內(nèi)在穩(wěn)態(tài)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)Fuzzy和PI之間不斷的切換，從而達(dá)到縮小穩(wěn)態(tài)誤差帶目的。并仿真驗(yàn)證了這種方法的可行性，仿真結(jié)果表明采

6、用Fuzzy-PI雙?？刂茣r(shí)的放卷速度在穩(wěn)態(tài)誤差上比PI控制下的穩(wěn)態(tài)誤差帶縮小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　 在纏繞側(cè)對(duì)纏繞張力進(jìn)行了Fuzzy-PI自然切換點(diǎn)處切換雙?？刂品抡妫辉诜啪韨?cè)對(duì)放卷速度進(jìn)行了Fuzzy-PI改善穩(wěn)態(tài)性能的控制仿真。在此基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了綜合仿真分析。仿真結(jié)果表明建立的仿真模型能夠有效地研究張力控制系統(tǒng)的控制特性。
　　 為了進(jìn)一步提高纏繞張力的控制性能，提出了張力和速度解耦的控制思想。因