复卷机退卷张力控制的研究与应用.PDF

复卷机退卷张力控制的研究与应用 康家玉 米林安 高承雍 （陕西科技大学，陕西咸阳，712081） 摘要：建立复卷机退卷张力控制的数学模型，结合张力控制的具体要求，研究实用的张力控制方法及其具 体实现。 关键词：复卷机；退卷张力；间接张力控制；复合张力控制；组态 1 引言 复卷机是造纸生产线中的最后一道工序，它的性能决定着成品纸卷的质量，而复卷机 电控系统的优劣又直接影响到复卷机的整体性能。在复卷机电控系统中，纸幅退卷张力控 制是保证纸卷形态的至关重要的因素之一，对成品纸卷形态的影响是至关重要的。但由于 复卷机工作车速高，且在工作时纸卷及辊筒跳动很大，底辊与退纸辊间的纸幅距离长，在 采用张力反馈控制时，这些因素都将作为扰动信号，通过张力传感器加入系统，如对反馈 信号处理不好，将会直接影响系统的稳定性，使系统不能正常工作。另外，在升降速时， 纸卷转动惯量很大，运行时纸卷直径的大范围变化，给张力控制提出了很高的要求。因此 退卷张力的控制是系统控制的重点与难点。 本文先介绍张力控制需达到的要求，在建立退卷张力数学模型的基础上，研究实用的 张力控制方法，并介绍它在复卷机电控系统中的具体实现。 2 张力控制具体要求 在复卷过程中，纸幅从退纸卷上引出，绕过导纸辊、舒展辊，通过固定位置的纵切机 构，从机台下面送入纸幅使其绕过后底辊，然后卷在卷纸轴上。其结构示意图如图1所 示： 考虑复卷过程中的实际情况，张力的控制主要有以下几点： ⑴退纸辊在正常运行中，两底辊由纸幅拉着退纸辊纸卷向前运行，要保持纸幅有一定 的退卷张力，退纸辊电机应该是工作在发电制动状态。 ⑵退纸辊在退卷过程中，纸辊直径一直在变小，要保持张力不变，退辊电机的制动力 矩应随着减小。 ⑶复卷机在加减速过程中，由于机械惯性的存在，退纸辊应该附加适当的制动转矩， 作为动态补偿，以保证加、减速过程中的张力保持不变。 ⑷如退纸辊电机用的是直流电机，转矩的控制最终归结到电枢电流的控制上，在这个 转化过程中，应考虑励磁磁场的影响。 ⑸复卷工序，有个引纸、停下来粘贴纸头、转入运行的过程。在这个过程中，张力的 大小应该是不同的。引纸、静止张力应小于运行张力，而且由引纸到静止再到运行，张力 的变化应是无扰动切换。 ⑹考虑到成品纸卷有内紧外松的形态要求，当成品纸卷卷到一定的大小时，应适当减 小张力，以调整纸卷的硬度。 ⑺断纸时，为了避免原纸浪费，应使退纸辊尽量快地停下。这虽然与张力本身并无关 然，但在张力的控制方式中，应该考虑到这个问题。 退卷张力的控制应综合考虑以上几方面的要求，对于不同的系统配置，可以有不同的 控制方法。 图 1 3 退卷张力控制的建模 退卷过程是一个动态时变过程，根据图2所示复卷机退卷传动结构图，建立张力控制 数学模型： 3.1 3.1 33..11 恒速运行时的张力建模 根据传动结构图中受力关系，建立动态平衡方程 D (式1) T = M+ M + M 机 动态 2i 式中 M —动态力矩 动态 M—电动机电磁转矩 M —电动机及传动机构空载转矩 机 i—变速比 D—原纸卷直径 为突出问题，先不考虑动态力矩，认为恒速卷取时 等式右边的第三项即动态力矩为零。M 一般不大，也 机 暂时略去。 又根据发电机原理可得： M = C φI （式2） M d 其中C φ—发电机励磁 M (3) I —电枢电流 d 则上式可写成： 2M 2C φIa φI 图 2 传动结构 T= i= m i= K a