張力雙鼓輪復(fù)卷機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，需要頻繁的維護和校準(zhǔn)。 本文 以 兩個鼓 輪 ，電制動發(fā)電機，生產(chǎn)繞線機收放卷的變量為 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）轉(zhuǎn)動速度； 下標(biāo) 上標(biāo) 1： 制動發(fā)電機變量 ； ~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 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：雙鼓輪繞卷機控制回路 該放卷階段是由一個制動發(fā)電機，在轉(zhuǎn)矩控制收放卷之間的紙張張力模式運作階段形成的。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的正常運行，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，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度。 為力實現(xiàn)一個基于紙張張力估算的繞卷機張力控制，需要考慮到許多影響條件。 因為繞卷機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)矩補償分量。補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。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)電機動態(tài)繞卷機模型。該模型是通過運行中繞卷機上的記錄來進行評估的。 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，因為這是用來進行比較的操作繞卷機的情況。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 為進一步的進行張力估算，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 進一步估算力矩是從 通過制動發(fā)電機測量的電樞電流獲得，為 如果制動發(fā)電機變量（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。 繞卷機損失估計部分是成正比的，假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度： 繞卷機的系數(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、雙鼓輪繞卷機的動態(tài)模型 卷機模型。 一個帶發(fā)電機制動的雙鼓輪繞卷機的動態(tài)模型改進。該模型包括由母卷和發(fā)電機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)控制的繞線機的正常運行所需要的循環(huán)。這些循環(huán)是圖 1所示的相同，包括制動發(fā) 電機張力控制回路，主回路速度控制的后輪鼓驅(qū)動器和鼓機之間的共同負(fù)載的控制?？刂剖峭瓿闪酥苿雍娃D(zhuǎn)動慣量補償發(fā)電機勵磁控制信號。 這一塊模型參考改進允許不同數(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行中的繞卷機的參量獲得的。該模擬結(jié)果與從繞卷機中所取得的記錄對比可以驗證模型。 卷機的數(shù)據(jù)。 9 測試?yán)@卷機的主要計算參數(shù)在表 1 中列舉。表 1 中包括了制動發(fā)電機和鼓輪電動機的銘牌參數(shù)。 表 1 表 2 繞卷機技術(shù)參數(shù) 發(fā)電機和電動機的銘牌 卷波形。 一個四成品母卷繞卷機的繞卷周期被記錄。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)電機勵磁控制或力矩的影響。在恒定線速度和恒張力運行，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行的繞卷機的 $數(shù)據(jù)。如圖 4、圖 5 所示，記錄了相同的運行中的繞卷機的變量的模擬結(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