纵剪线带钢卷取张力控制与张力软测量分析

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1、第2页武汉科技大学硕士学位论文仅为保持其恒定，避免带钢跑偏，保证带钢稳定运行，机组中一般不设置张力检测元件，采用间接张力控制方法。直接张力控制是一种最直接、最有效的控制方式之一，直接张力控制方式中，设置有张力检测元件、张力辊和张力控制环，利用张力检测元件的检测信号与给定张力值比较，经张力控制坏后去驱动执行机构，控制张力辊的位置，达到控制张力的目的，这种张力控制方式优点是张力控制精度高，从理论上可以实现零误差控制；缺点是控制精度依赖于张力检测元件的精度，如果，现场环境比较恶劣，如酸雾对检测元件的腐蚀，就可能导致张力控制失效。间接张力控制系统中没有张力检测元件，对张力的控制是通过对卷取机构的物理方

2、程进行静态、动态分析，从中找出影响张力的所有电气物理量，对这些物理量进行控制，从而达到恒张力控制的目的。根据不同的物理量采用不同的方法，一般有电流反馈、电枢反电势反馈、卷径反馈等。由于间接张力控制涉及多个参数的控制，一般需采用多闭环的控制方式来实现。这种恒张力控制方式的优点是减少了张力辊及相应的检测元件，降低了系统成本，缺点是控制方式更为复杂，控制精度相对地比直接张力控制方式的低，并且完全依赖于控制器的精度。复合恒张力控制方式是在间接张力控制方式的基础上，再增加一个张力闭环，形成一个三环控制系统，该控制方式优点是不仅具有直接张力控制的精度，还具有间接张力控制方式的快速性能和跟随性能，缺点是投资

3、成本大，控制方式更为复杂【5】。对于这三种张力控制方式将在后面的章节里详细阐述。在上世纪八十年代以前，卷取张力控制系统一般以模拟器件为主。传统的模拟控制系统张力精度低、调试难度大、张力波动范围大，这些因素直接影响到纵剪钢板的产品质量：又因其硬件成本高，所以花费巨大。进入九十年代后，随着机电制造技术、电力电子技术、计算机技术、自动化检测技术的发展，专用张力控制设备有了飞速的发展。近十余年来，在国外有公司将卷径测量及张力控制系统做成标准控制板并配有专用卷绕软件，在国内也有人开发了单片机张力控制系统。这样，虽然张力控制系统的精度提高了，但是在一些中小型项目中，由于硬件和软件的投资较大，投资方往往不愿

4、意承受昂贵的价格。近几年来，卷取张力控制设备有以下两个方面发展：l、以磁粉离合器(制动器)为基础的张力控制设备其特点是磁粉离合器(制动器)的励磁电流与输出力矩有较好的线性关系，通过相应的检测元件的信号来控制和调节磁粉离合器的励磁电流的大小，控制其输出力矩，从而实现卷取过程中的张力控制。该控制系统由于受到磁粉离合器输出力矩的大小限制，主要应用领域为轻工业，如造纸、纺织、印刷等行业。主要代表产品有WARNER电气公司的张力控制系统、NIRECO公司的卷材张力控制系统、日本三菱公司的张力控制系统等。2、以变频器(控制器)为基础的张力控制系统其特点是采用专用的张力控制板来完成张力控制所需的动态力矩补偿

5、、卷径计算、恒张力控制等功能，通过变频器来实现恒张力控制。其主要代表产品有德国西门子公司的张力控制系列板及相应变频器系列；张力控制板从PTl0，T300至0目Ij{『最新的T400，由张力控制板与相应的变频器结合，完成恒张力控制【5矧。改革开发以来，随着与国外技术交流日益武汉科技大学硕士学位论文第3页密切，国内卷取张力控制设备基本上与国外保持同步。对于以永磁式离合器(阻力器)为基础的永磁式张力控制系统，有上海佐林电器有限公司生产的YZ系列产品；以磁粉离合器(阻力器)为基础的张力控制系统，有上海佐林电器有限公司生产的ZA系列产品、海安前卫机电厂生产的ZKO系列张力控制系统。另外，国内有许多厂家、

6、科研院所、高校研制和开发了以变频器为基础的张力控制系统，其中有南京航天航空大学开发的HI系列高性能微机控制变频器，其力矩补偿可进行256种选择；华为公司生产的TD3300系列张力控制专用变频器，本身自带有惯量静态和动态补偿、弯曲力矩补偿等功能，不需要专用的张力控制工艺板就能完成张力控制的功能【21。相对来说，国外的张力控制系统设备不仅对于卷取过程中张力有严格精确的控制，而且对于初始建立张力、抛尾过程张力都有较好的控制，有友好的人机界面、完善的功能，如缓冲启动、防松卷功能、手动／自动控制、模式选取、控制参数的保存和调用、自诊断模式、多种通讯接口等。国外公司的张力控制设备一般都是系列产品，能提供多

7、种方案选择，以满足不同用户的不同卷取工艺需求。从国内外现有的张力控制设备的状况来看，张力控制设备的发展趋势是向功能多样化、产品系列化方向发展，集机械、液压、电气、计算机控制于一体。对张力检测元件的开发和张力控制算法的研究也是张力控制设备开发研究的一个重点。在直接张力控制系统中，检测元件精度直接影响张力控制精度；在间接张力控制系统中，其张力控制算法直接关系到张力控制精度。近来有一些新的控制算法的出现