复卷机电控系统动态惯量分析与补偿设计

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本文在对复卷机电控系统的构造和控制工艺的理解和分析的基础之上,分析了复卷机卷取控制和退卷控制过程中的动态惯量的补偿问题。   复卷机电控系统作为一个大惯量、高动态性能要求的系统,尤其是在加减速过程中,频繁地加速或者减速会造成系统动态性能不稳定,导致纸幅张力突变容易产生纸幅断头或者产品质量下降,情况严重时造成产品不合格。纸幅张力不仅受放卷部分制动转矩的影响,也受到卷取部分收卷速度的影响,所以我们从卷取和退卷这两部分研究动态惯量的补偿问题。   卷取控制中通常采用典型的PI反馈控制,反馈控制是最简单的控制方式,但不是最有效的。因为反馈调节只有在出现偏差之后才能去纠正,属于滞后控制。单一的PI反馈控制在复卷机的加减速过程中控制效果不是很好,本课题中采用变增益前馈控制的方法弥补PI控制的不足。由于卷取控制部分是由机械上无关联的两个电机共同驱动的,增加了采用前馈控制补偿的难度。在补偿的时候不仅要考虑底辊自身的转动惯量还要考虑压纸辊以及不断增大的成品纸卷转动惯量。本文通过建模找到了他们之间的联系以及补偿方法,并通过MATLAB仿真验证了方法的可行性。   复卷机的退卷张力控制中,主要研究稳速情况下惯性转矩的补偿以及加减速过程中动态转矩的补偿。通过对退卷过程中惯性转矩的分析以及仿真,从惯性补偿曲线我们得出稳速情况下动态补偿的必要性。在退卷过程中,纸卷卷径的变化是影响动态惯量补偿的重要因素,除了给出一般情况下退纸卷卷径的算法,重点分析了异常状况下卷径的计算方法并进行了优化。   为了进一步改善产品的质量,提高动态惯量补偿的精确性,在复卷机的运行过程中,针对摩擦转矩带来的不良影响,本文重点提出了摩擦转矩补偿的概念,分析了卷取控制中的粘性摩擦转矩和库伦摩擦转矩,找出了粘性摩擦转矩的补偿方法-摩擦力速度补偿曲线。
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