张力控制试验平台及监测系统的研究

2013-07-03 13:39:22来源: 21ic 关键字:张力控制  监测系统  试验平台
0 引言

张力控制技术,是工业生产中具有共性的基础技术,在线切割、拉膜、拉丝、包装、纺织、印刷、冶金等工业生产中有着广泛应用。

工业实际生产过程中的张力控制是一个大时变、非线性的系统,具有变参数、变负载、强扰动等一系列特点[1]。传统的基于线性模型的控制策略在应用于实际生产中会产 生很大的控制误差。如何针对张力控制的特点,建立优化的动力学模型,及针对模型非线性提出有效的控制策略是解决张力控制问题的关键。

为了配合高速、高精度张力控制器研制调试和考核,并对张力控制策略优化,研制了一个接近实际控制对象并具有类似负载特性的试验平台,及基于此试验平台和张力控制器调试要求的张力试验参数采集监测分析系统。

1 试验平台机械方案

如图1所示。试验平台的机械部分主要由开卷机构、测量辊机构、卷绕机构等部分组成。试验平台中,对张力段的分割采用机械式S辊来实现。试验平台上2个S辊将生产线分为3个张力段。

1)开卷张力段:用于将带材展平;
2)中间张力段;用于实现不同生产工艺对张力控制要求;
3)卷绕张力段:按一定的张力要求将带材成卷。

张力测量辊机构的设计对张力测量的精度有很大的影响,实际生产中常用的有两种形式的测量机构——负载测量型(Load cell)和舞蹈辊测量型(Dancer arm)。为了对两种测量辊机 构的测量精度及响应速度进行分析研究,在试验平台的不同张力段分别安装了这两种形式的测量机构。

1.1负载测量型[3、4]

此种测量型式适应比较重的材料和有限的空间。张力传感器直接测量带张力的大小,并反馈控制测量过程中测量辊固定不动。因此,对于此种类型,测量辊的安装精度是控制的关键 。其缺点是由于测量辊固定,不能吸收张力峰值波动,因此,此类生产线设备运行的加减速不可太快。

1.2舞蹈辊测量型

舞蹈辊测量型是一种间接张力测量系统,其实质是位置测量。它由3个辊组成,两边为固定辊,中间为摆动式浮动辊。在摆臂上有一个可调整压力的汽缸,还有一个测量摆臂的位移传 感器。浮动辊上带材的张力大小是由汽缸的压力和浮动辊的自重所决定的。

舞蹈辊测量张力系统在张力有发生变化趋势时就去调整前后级的速度差。通过浮动辊的位置移动,来迅速保持张力的恒定。这比力传感器式张力测量系统在检测到张力变化后再作调整 快捷的多。浮动辊式系统还有一个最大的优点,其本身就是一个储能机构,利用其自身的 冗余作用,对大范围的张力跳变具有吸收缓冲作用。此种类型的测量机构在小张力控制系统 应用的较多。

2 控制与监测系统方案

2.1 控制与监测系统需求分析

张力控制需要采集被控对象的张力状态、卷绕和开卷伺服电机的转速及位置信号,输出电机的转速值和张力设定值等。另外,为了便于在调试阶段优化控制策略,全面评价张力控制器 的性能,还应采集过程数据,记录伺服电机的输出转矩、张力-时间曲线等一系列参数。

根据上述分析,试验系统采用上、下位机结构:上位机主要用于完成智能算法的运算、传真和实验数据的监测、分析等功能;下位机主要完成张力控制等功能。上位机和下位机同步监视和记录试验过程数据。它们之间的数据交换通过串行通讯得到

2.2 控制与监测系统硬件组成

2.2.1监测计算机

实验系统中计算机主要有两个用途,其一是实时监测实验过程数据。工控机安装有专门为系统开发的数据采集、分析、处理应用程序,可为试验数据建立各种动态曲线,完成对实验数 据的分析、评定等工作。

另一个用途就是利用其高速运算、处理能力,实现及优化先进控制算法。研究人员在IPC上完成算法的演算及优化后,通过JTAG接口(基于IEEE1149.1标准)把仿真调试和算法程序下载到张力控制器DSP芯片的FLASH中。

采用上述结构,试验过程中可随时察看CPU内部及外设的工作情况,为程序的调试和控制策 略的优化带来极大方便。

2.2.2张力控制器

自主研制的张力控制器的系统结构如图2所示,主控制芯片选用型号为TMS320LF2407A的DSP芯片,由它完成对各种实时输入信号的处理,及由上位机处理后的智能控制算法实现。

控制器工作时,实时采集被控对象的张力信号,经模拟处理电路(主要由电 压放大、滤波和V/F转换电路构成)后,传输给DSP芯片。DSP芯片的捕捉数模块的CAP4通道对该脉冲信号计数,在定时中断处理程序中把计数值与设定值比较,系统根据差值由控制算法进行处理,算出相应数目和频率的脉冲以改变电机的转速。
[1] [2] [3]

关键字:张力控制  监测系统  试验平台

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0703/article_7549.html
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