張力雙鼓輪復(fù)卷機(jī)控制使用紙張的張力估計外文文獻(xiàn)翻譯@中英文翻譯@外文翻譯
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1 張力雙鼓輪復(fù)卷機(jī)控制使用紙張的張力估計 羅德里戈卡拉斯科 米阿尼瓦爾巴倫蘇埃拉 研究生 高級會員, 學(xué) 副教授 學(xué) 60 智利 60利 摘要:紙張張力控制在繞卷機(jī)中是至關(guān)重要的紙張繞卷工藝,以獲得較好質(zhì)量的成品紙卷。通常情況下,張力環(huán)使用測壓元件檢測,如張力傳感器。這是昂貴的,需要頻繁的維護(hù)和校準(zhǔn)。 本文 以 兩個鼓 輪 ,電制動發(fā)電機(jī),生產(chǎn)繞線機(jī)收放卷的變量為 基礎(chǔ), 分別建立 兩 種新的 張力 估 量 。 所有的估計考慮的重要動力,摩擦和慣性變化的影響。 這兩個估計是典型的梯形絡(luò)筒機(jī)評估工作周期。 多個敏感性分析表明 ,該估計參數(shù)攝動的魯棒正?;?,并給出了不使用傳感器張力迴圈的穩(wěn)定和精確的紙張張力控制。 關(guān)鍵詞:繞線機(jī)驅(qū)動器,無傳感器張力控制,張力控制,張力的估計。 專用名稱 符號 2F,3F:分別代表作用于前面 作用于兩鼓輪的總接 觸力; 和后面鼓輪的接觸力; 手輥的參考壓力; 電樞驅(qū)動電流 i 參考均分負(fù)載 磁驅(qū)動電流 i 卷機(jī)鼓輪慣量 品紙卷慣量集; 卷筒卷芯和母卷的慣量; ? ?:恒驅(qū)動轉(zhuǎn)矩; 繞卷機(jī)寬度; 1Q,2Q,3Q:軸承的軸向力(分別是線軸,前后鼓輪); :軸承的驅(qū)動半徑 i; 絡(luò)筒機(jī)鼓輪的半徑; 品紙卷卷芯的半徑; 軸輪的半徑; 卷半徑; ~: 庫侖損失估計轉(zhuǎn)矩分量,初始階段; 電動驅(qū)動力矩; 重繞階段的總電動轉(zhuǎn)矩; 2 摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分量 重繞階段的總摩擦力矩 初始階段的轉(zhuǎn)動慣量; 考張力; 張張力; ,~:估計紙張張力(初始變量); ,~:估計紙張張力(重繞變量); 鼓輪轉(zhuǎn)矩分量慣量; :估計鼓輪偏差損失轉(zhuǎn)矩分量;初始階段; 初始階段階段; 初始階段和重繞階段等效偏差系數(shù); 張平均厚度; ? :軸承摩擦系數(shù); ? :重繞紙卷平均密度; ??n?:紙張角度,初始階段; 鼓輪轉(zhuǎn)動速度; 成品紙卷轉(zhuǎn)動速度; 母卷(制動發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)動速度; 下標(biāo) 上標(biāo) 1: 制動發(fā)電機(jī)變量 ; ~X:估計量。 2:后鼓輪變量; 3:前鼓輪變量; 輪變量; 繞階段變量; 始階段變量; 1、簡介 繞線機(jī) 驅(qū)動器需要精確的動態(tài)性能,以控制速度。系統(tǒng)中張力,成品紙卷密度特征在不同速度情況下, 為加速和減速,和可變慣性提供保證。 兩鼓輪紙張繞卷機(jī)的主要部件如圖 I 所示。 一,復(fù)卷階段是由兩個與該繞成品紙卷表面接觸航運(yùn)獨立驅(qū)動鼓輪。為了避免鼓輪和成品紙卷間的滑移。 特別是在紙卷成型周期,第三卷,扶手卷開始滾動,它是用來消除成品紙卷中的氣隙。隨著成品紙卷的直徑和重量的增加,扶手輥的夾緊力基于幾何形態(tài)的圓筒和成品紙卷在預(yù)定的軌跡中降低,因為他是建立在成品紙卷的最終尺寸上。 后部鼓輪驅(qū)動器(驅(qū)動器 2,圖 1)是主驅(qū)動器,應(yīng)用于速度 控制回路上。前部鼓輪驅(qū)動(驅(qū)動器 3,圖 1)是在共同負(fù)載作為輔助驅(qū)動形成的。這種循環(huán)控制通過包括 3 基本剖面密度要求,速度微分限制和成品紙卷慣量的變化來控制成品紙卷的內(nèi)部缺口密度或硬度。圖 1:雙鼓輪繞卷機(jī)控制回路 該放卷階段是由一個制動發(fā)電機(jī),在轉(zhuǎn)矩控制收放卷之間的紙張張力模式運(yùn)作階段形成的。張力環(huán)通常是使用像張力傳感器這樣的壓力檢測元件在紙張縱剪機(jī)組關(guān)鍵的跨度的位置。在這跨度的紙張張力很大程度上影響了分切機(jī)的正常運(yùn)行,它確定了成品紙卷的寬帶規(guī)格。紙張張力控制不當(dāng)將會導(dǎo)致成品紙卷的輥建立在一個變化直徑(環(huán))上 ,這樣不合格的紙卷造成后續(xù)的加工工藝作用于成品紙卷上,諸如印刷、裁切。 為了同時處理收放卷部分的慣量變化,輔助補(bǔ)償信號被添加到控制回路。這些信號從計算卷徑信號前饋補(bǔ)償,或卷徑計算得到的。 雖然傳感器是當(dāng)正確安裝有效的傳感器,但他們對同軸度和平衡是非常敏感的,而且由于其固有的脆弱性,他們通常需要頻繁的維修。 此外,由于繞卷機(jī)寬度的不同, 2或 3 張力傳感器需要在整個紙卷中安裝,以取得合理的平均張力 [I] 4 估算已經(jīng)證明是有效的替代品作為傳感器。他們不需要額外的空間,不需要維護(hù),只需要一些額外的線路和控制代碼計算。在 [我 ]中,作者報告了無傳感器緊張應(yīng)用于造紙機(jī)的 分控制的結(jié)果。這結(jié)果表明在不同張力遷入流出間紙張在低緯度甚至是零情況下的強(qiáng)度。 為力實現(xiàn)一個基于紙張張力估算的繞卷機(jī)張力控制,需要考慮到許多影響條件。 因為繞卷機(jī)占空比梯形快速加速和減速坡道,慣性力矩組件必須包含在力矩平衡方程。不像造紙機(jī)械,在每個成品紙卷的正常繞卷循環(huán)時,慣量值的變化是極大的,它需要一個額外的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償分量。補(bǔ)償分量特別是在放卷輥是一個主導(dǎo)作用,,作用于整個卷繞循環(huán),必須包括在內(nèi),以獲得一個強(qiáng)大的解耦紙張張力估算。英文卷繞速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于造紙機(jī)。額外的摩擦和偏差力矩平衡方程,可能需要在輕紙張重量中應(yīng)用張力值是 1 磅或更低。 本文論述了兩個由兩片鼓輪復(fù)卷機(jī)張力估算的概念設(shè)計:一個以收卷變量為基礎(chǔ)和另一個以放卷變量為基礎(chǔ),同時考慮到動態(tài)和慣量變化的影響。這些估算,在典型的收卷工作周期中使用無傳感器的繞卷機(jī)張力控制。為了評估張力估算性能,開發(fā)出一個 2鼓輪制動發(fā)電機(jī)動態(tài)繞卷機(jī)模型。該模型是通過運(yùn)行中繞卷機(jī)上的記錄來進(jìn)行評估的。 2、紙張張力估算 紙張張力影響收卷和放卷兩個階段。 因此,紙張張力有可能從每個階段中 2 個繞卷機(jī)鼓輪的力矩平衡方程中得到。每 個力矩平衡方程通常包括慣量,電動和摩擦力矩等參量。 電動轉(zhuǎn)矩分量表達(dá)取決于在繞卷機(jī)使用的具體驅(qū)動器。在本文中,直流驅(qū)動器被考慮,因為這是用來進(jìn)行比較的操作繞卷機(jī)的情況。在向量或直接轉(zhuǎn)矩控制的交流驅(qū)動器的最一般情況下,電動扭矩元件直接得到的驅(qū)動扭矩估算。 采用放卷變量估 算 張力 為進(jìn)一步的進(jìn)行張力估算,第一種選擇是使用放卷變量。從放卷階段的力矩平衡方程中段,紙張張力可為: 紙張張力估算要要求計算( 1)式中的各個力矩分量。 力矩慣量 進(jìn)一步的表示放卷階段的力矩慣量,參考變慣量是: 5 下面的表達(dá)式是用來確定(估計)的未知參數(shù)( s)和變量( s): 該方程計算( 3)至( 6),假設(shè)所有繞卷機(jī)參數(shù)(尤其是 和 )是已知的,只需要測量母卷初始半徑( )和制動發(fā)電機(jī)速度( )母卷最初的半徑測量是在每個母卷的循環(huán)的開始 ,并且 是通過安裝在制動發(fā)電機(jī)的編碼器和測速器上獲得的 因此,估算出( 3)至( 6)式中的各個值并代入到( 2)式中,計算出放卷階段力矩慣量分量。 動扭矩 進(jìn)一步估算力矩是從 通過制動發(fā)電機(jī)測量的電樞電流獲得,為 如果制動發(fā)電機(jī)變量(控制)勵磁電流,則勵磁電流經(jīng)營(組件)應(yīng)恒轉(zhuǎn)矩測量和估算使用: 擦轉(zhuǎn)矩。 估算摩擦轉(zhuǎn)矩分量表示為: 估算庫侖損失分量如下式 ; 其中 是線軸軸承法向力,并獲得 6 在( 11)式中張力使用的值是參考紙張張力。 繞卷機(jī)損失估計部分是成正比的,假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度: 繞卷機(jī)的系數(shù) 可由確定實驗中放卷輥旋轉(zhuǎn)恒定速度,不需要已知紙張張力。 最后,計算出( 10)至( 12)式并代入( 9)式中,這樣通過計算就可以得到摩擦力矩分量。 計算紙張張力(放卷變量)。 計算紙張張力是通過計算、每個使用轉(zhuǎn)矩分量的值,他們由( 2),( 7)及( 9)各式確定: 根據(jù)上面描述的步驟,紙張的張力的計算是使用參考量來計算( 1)式中的 ,也需要測量( 12)式中的放卷系數(shù) ,但他不是那么容易獲得的。如果該參數(shù)是通過以往經(jīng)驗確定那么它被認(rèn)為是麻煩的,那么就可以使用該系數(shù)的典型值。力矩分量的計算從模型和記錄數(shù)據(jù)顯示,最重要的分量是電動力矩和力矩慣量分量。摩擦轉(zhuǎn)矩分量約為總數(shù)的 5%的扭矩。所以其值 20%的誤差會影響我的 1%的張力計算,這是可以接受的能夠達(dá)到張力 控制的目的的。 用復(fù)卷變量計算張力 進(jìn)一步計算張力的第二種方法是用復(fù)卷變量。從復(fù)卷階段力矩平衡方程,總結(jié)的后部和前部鼓輪轉(zhuǎn)矩方程,并為求解出張力。結(jié)果: 或簡化該式: 他的求解需要計算出( 15)式中的每個參量。 7 動力矩。 使用兩鼓輪驅(qū)動電樞電流測量,估計電動扭矩分量包括: 或者,電動扭矩分量也可使用一個電樞電流和前后鼓輪之間的共享負(fù)載曲線確定。 矩慣量。 兩鼓輪的力矩分量慣量的計算使用: 鼓輪的慣量是由鼓輪的制造商給出的。鼓輪的速度參數(shù)可以由任一鼓輪上獲 得。如果他們不復(fù)雜,便可以應(yīng)用于( 18)式中。 如果兩個鼓輪的慣量不同,那么( 18)式應(yīng)做些相應(yīng)的修改。 觸應(yīng)力。 首先,接觸應(yīng)力的計算需要通過從前鼓輪到成品紙卷的計算為: 其中計算摩擦轉(zhuǎn)矩分量 是通過在放卷階段所描述的同樣的步驟來計算的 然后,計算總接觸力所需旋轉(zhuǎn)成品紙卷的計算為: 成品紙卷的半徑 是通過扶手輥上的位置傳感器獲得的。由于成品紙卷的慣量是變化的,使用在放卷階段中所說的方法同樣來計算慣量項。 在計算出總接觸應(yīng)力后,計算作用于后鼓輪的接觸應(yīng)力得到如下: 擦 力矩。 現(xiàn)在,必須計算出每個鼓輪摩擦力矩分量。該步驟類似放卷部分中所描述的的步驟,計算表達(dá)式如下: 8 在這公式中,假設(shè)前后鼓輪的速度是相等的。即: 算紙張張力(收卷變量)。 最后采用收卷變量計算紙張張力。 傳感器繞卷機(jī)的張力控制。 1) 基于放卷變量紙張張力的計算 。 2) 基于收卷變量紙張張力的計算 。 3) 基于收卷、放卷變量評價值的紙張張力計算。 前兩項至少需要控制代碼區(qū)并且能夠快速的計算 出。 第三個選項允許計算算法之間的交叉檢查,并在它們之間的不正常分歧的情況下,一個警告信息可以被發(fā)送到操作員那里。 3、雙鼓輪繞卷機(jī)的動態(tài)模型 卷機(jī)模型。 一個帶發(fā)電機(jī)制動的雙鼓輪繞卷機(jī)的動態(tài)模型改進(jìn)。該模型包括由母卷和發(fā)電機(jī)制動形成的收卷階段動態(tài)模型,和由雙鼓輪和成品紙卷形成的收卷階段。這兩個子系統(tǒng)的連接是通過它們之間恒定參考張力的關(guān)系。動態(tài)模型是基于收卷和放卷階段的自由體圖標(biāo)所求出的力矩平衡方程。 該模型還包括所有的標(biāo)準(zhǔn)控制的繞線機(jī)的正常運(yùn)行所需要的循環(huán)。這些循環(huán)是圖 1所示的相同,包括制動發(fā) 電機(jī)張力控制回路,主回路速度控制的后輪鼓驅(qū)動器和鼓機(jī)之間的共同負(fù)載的控制??刂剖峭瓿闪酥苿雍娃D(zhuǎn)動慣量補(bǔ)償發(fā)電機(jī)勵磁控制信號。 這一塊模型參考改進(jìn)允許不同數(shù)量成品紙卷的繞卷循環(huán)仿真。它包括在每個參數(shù)激活和失活的斜坡信號。 開發(fā)的模型是基于壓力檢測元件的標(biāo)準(zhǔn)張力控制的第一次計算。一整套的收卷和放卷部分的波形是通過使用運(yùn)行中的繞卷機(jī)的參量獲得的。該模擬結(jié)果與從繞卷機(jī)中所取得的記錄對比可以驗證模型。 卷機(jī)的數(shù)據(jù)。 9 測試?yán)@卷機(jī)的主要計算參數(shù)在表 1 中列舉。表 1 中包括了制動發(fā)電機(jī)和鼓輪電動機(jī)的銘牌參數(shù)。 表 1 表 2 繞卷機(jī)技術(shù)參數(shù) 發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的銘牌 卷波形。 一個四成品母卷繞卷機(jī)的繞卷周期被記錄。圖 2、圖 3 分別記錄了收卷和放卷部分的變量。 卷變量。 在放卷階段所記錄的變量有:制動發(fā)電機(jī)速度,母卷直徑,紙張張力參考值和實際值和電樞電流。所有額定值或最高 值都記錄在 如圖 2a,可以看出,制動速度波形發(fā)生器的增加幅度由梯形信號,梯形參考和母卷直徑的不同造成的。母卷的直徑(圖 2b)從最大的初始值 降到 他略大于線軸直徑。在成品紙卷的變化期間,繞卷機(jī)是在停止?fàn)顟B(tài)并且剩余的紙卷直徑恒定不變。 如圖 2c、 2d 所示,顯示了張力環(huán)的性能。在這個記錄表中張力設(shè)定為最大值 成品紙卷的變化期間,張力設(shè)定為 圖 2d 所示,他可以看出如表中保持實際值恒定張力控制回路是相當(dāng)不 錯。在半成品紙卷的變化期間,雖然驅(qū)動是不連續(xù)的,表中的張力保持在一個由機(jī)械和后鼓輪紙張摩擦組成的制動器所確定的一個對比值。 最后,制動發(fā)電機(jī)電樞電流(圖 2e)反應(yīng)中紙張張力的影響,加速和減速坡道,并在發(fā)電機(jī)勵磁控制或力矩的影響。在恒定線速度和恒張力運(yùn)行,電樞電流是恒定的,符合預(yù)期(張力和速度控制取決于有效的激勵前饋解耦) 卷變量。 六個變量在收卷階段都減小:后鼓輪的轉(zhuǎn)速,成品紙卷的直徑,扶手輥氣動壓力,均分負(fù)載的參考電流差值,和前后鼓輪的電樞電流。同樣,所有 的額定值或最高值都顯示在 。 10 如圖 3a 所示后鼓輪的轉(zhuǎn)速時一個梯形波形,幾乎相同的速度給定,但它的比例是以后鼓輪直徑為基礎(chǔ)。 成品紙卷的直徑(圖 3b)值從卷芯的直徑到最終的直徑隨著二次方程的變化而變化。在成品紙卷變化期間扶手輥被提到一個平衡位置上,這是由檢測扶手輥位置傳感器用于成品紙卷直徑測量 扶手輥壓力(圖 3c)跟隨他的參考值,這是在繞卷機(jī)控制存儲的幾個選項選中選擇的。如圖 3d 所示,類似的情況發(fā)生與均分負(fù)載參考值中。在 對應(yīng)波形之間的后方和前方電樞電流之差,它導(dǎo)致前鼓輪的電流總是大于后 鼓輪的電流,在繞卷周期開始時它的差值是 且在每個成品紙卷的最后它減少到 鼓輪和前鼓輪的電樞電流(圖 3e 和 3f)表明受均分負(fù)載指令加速及減速坡道兩者的影響。 型評估。 模型的開發(fā)包括了唯一的第一套有效的標(biāo)準(zhǔn)控制回路。這是模擬在一個母卷周期相同的記錄運(yùn)行的繞卷機(jī)的 $數(shù)據(jù)。如圖 4、圖 5 所示,記錄了相同的運(yùn)行中的繞卷機(jī)的變量的模擬結(jié)果。 卷變量。 比較圖 2 和圖 4 中的數(shù)據(jù)和模擬波形可以看出它們十分的類似。 a)后鼓輪速度 a)發(fā)電機(jī)速度 b)成品紙卷直徑 b)母卷直徑 c)扶手輥壓力 11 d)參考均分負(fù)載 c)參考張力 e)后鼓輪電樞電流 d)紙張張力 f)前鼓輪電樞電流 圖 3、收 卷階段記錄信號 e)制動發(fā)電機(jī)電樞電流 圖 2、放卷階段記錄信號 12 of a . is in in to s) in as a on in to of 2, by by of i. Ia,of i. of of of (i of i. i of i. of of of _ of i. Te,of i of i. of Ti,of _ on 13 _ on of _ of of of μ of ρ θ of ω ω ω . _X: 2 3 I. a to a by of a 1. is by by To s), at of a is As of of is in a on of as it to , 1) is is on , 1) is as a in a or of a is by a in as in in is of of s). in in as in to as or 14 In to in to or to of In on or to be to a 1]. to be as do do in 1], of a to of a is to be in or In to a on to be is be in of an is a in is be to a 15 on in be on or of of of a on on of In to a of a is is by on an it is to of of a on on in In dc is of In of or ac A. he a is to of be he of of 1). 1) of of he to s) s) 3)–(6), ρ , w) of ) ω is by at of uw(t) is on 3)–(6) 2) on 16 2) by is f be ) is he is 1 is in is n (11), is is to be by at a 10)–(12) 9) 4) is 2), (7), 9) to of to 1 11), of 12), be to If of is it is to of of is % of so a 20% in %, is B. he of of 17 or in he of 15) be 1) of be 2) to is he is by ω be of if be 18). If (18) be 3) by to ship- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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