基于模糊控制的卷取张力控制系统优化

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1、SIEMENS传动在卷取张力控制系统的应用孙珺如，刘惠康(武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081)摘要：张力控制对带钢质量有决定性影响，传统PID控制难以达到直接张力控制效果。针对工业实际卷取间接张力系统的特点，结合某钢厂系统实际改造情况，应用西门子6SE70系列矢量变频器完成冷轧硅钢卷取张力系统的电气控制，利用T400虚构张力外环，运用模糊控制修正张力调节器完成系统优化，间接实现对带钢的恒张力控制。结果表明：该系统具有较好的跟随性能，稳态精度高，超调量明显较小，调节时间得到了明显改善。在实践过程中证明其控制效果良好。关键词：模糊

2、控制；恒张力控制；SIMULINK仿真TheApplicationofSIEMENSDriveinWindingTensionControlSystemKeywords:FuzzyControl;ConstantTensionControl;SIMULINK1引言实际工业生产中，带钢卷取在实际工业生产中通常是大惯性、时变的复杂非线性间接张力控制系统，因此间接张力控制亟待深入探究。某钢厂卷取张力控制系统依靠张力垫压下力改变系统张力，原系统压下力度靠人工调节11个上支撑梁螺杆，且带钢卷取过程中，随卷径不断增大，工人需按照标示手动调节电枢电流。虽设备

3、结构简单但人工劳动强度大，人工调节精度低，张力控制不稳定，极大影响带钢品质。运用成套张力辊设备可保证带钢高速、稳定运行，但投资大、占地大。考虑实际情况，仅在原有人工调节张力垫螺杆的基础上进行电气自动化改造。电气传动控制系统采用SIEMENS6SE70系列12相整流回馈单元加4象限工作逆变器的交-直-交控制方式，运用T400工艺板虚构张力外环，取线速度恒定，将恒张力控制转换为速度控制，间接完成恒张力控制。为了提高张力控制的稳定性，我们将利用模糊控制器修正张力调节器从而对系统进行优化[1-2]，并将其应用于实际的控制中。2张力卷取及其传动系统2.1

4、张力卷取控制系统在带材卷取系统中，张力控制至关重要。卷取机工作过程中，保持最佳张力且始终保持不变可使钢带薄厚均匀，端面平整，即实现恒张力控制[3]。若张力过大，将导致带材拉伸变形甚至断裂；若张力过小，则导致卷取材料层与层之间的应力变形，影响钢卷品质。卷取启动初期，为保证正常卷取，显然应使卷取机的线速度V2大于转向辊的线速度V1，从而使带钢在卷取时有张力，因此带钢受拉力而产生弹性形变。根据胡克定律，带材的卷取张力T为：（1）式中：—带材的弹性模量；—带材的截面积；—卷筒与张力辊之间距离；—卷取机构建立张力的时间。在实际生产中转向辊的线速度是稳定值

5、，即V1恒定。设，若卷取电机的转速n2恒定不变，则卷绕过程中随着卷径D的不断增大，V2将成正比例增大，由式（1）可知，张力T也将成线性增长，而卷绕力矩M将以更快的速率增长。所以在运行过程中，必须使V2与V1的差值恒定，以保证卷取过程中带钢张力T恒定，把对系统张力的控制转化为对电机转速的控制[4-5]。图1卷取张力控制系统本文在投入资金尽可能少，改造效果尽可能好的前提下进行系统改造，改造后的系统框图如图1所示。保留张力垫摩擦张紧带钢的工作方式不变，重新设计、制造摩擦片压紧板和上支撑梁等部分以适应张力自动调节装置的安装和工作，增加液压缸、控制阀、配

6、套显示和保护元件，设计施加压紧力为5000N至8000N。在转向辊上安装速度传感器，在卷取变频器中增加西门子T400工艺模板，构造一个张力控制环，利用带钢速度、卷取力矩和转速计算张力，与设定张力比较用以调整张力垫压力，间接实现恒张力控制。2.2电气传动控制系统张力卷取传动控制系统结构如图2所示。传动控制系统采采用西门子6SE70系列矢量变频器和PCS所组成的控制网络来完成张力卷取电气传动控制系统，是基于S7-400PLC控制的交流变频调速控制系统。图2传动控制系统结构图6SE70矢量控制变频器是全数字式的交-直-交电压源型SPWM变频器，其逆变

7、器的主开关为IGBT，具有良好的驱动性能。它采用先进的转子磁场矢量控制策略，可以达到同直流传动系统相媲美的静、动态性能，具有电机参数自动辨识、调节器参数自动寻优、故障自诊断等功能。先进的控制软件，确保最佳的动态响应、卓越的控制性能和高度的灵活性。多种自由功能的功能模块及BICO技术可灵活地满足各种控制功能需要的控制系统。两个串行基本接口可用USS协议进行通讯，用SCB2(或SCB1)通讯接口可实现装置与装置之间的通讯控制，而通过CBP通讯板可实现Profibus-DP开放式的串行现场总线的通讯控制，通过CBP通讯板则可用CAN协议实现装置之间或

8、同现场装置之间的通讯控制，也可和上一级自动化系统进行通讯。3系统模糊控制优化由于间接张力控制系统无张力传感，且多数是时变、强耦合、多干扰的复杂系统，不