轧辊独立驱动的高速轧机控制系统研究与实现

作     者：于学洋 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：惠晶

授予年度：2016年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 082101[工学-纺织工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：钢丝圈基片 高速轧机 张力控制 独立驱动 同步运行 

摘      要：钢丝圈是纺织行业环锭细纱机生产高质量成纱的关键器材。在整个钢丝圈生产流程中,钢丝圈基片的制造是必不可少的环节,高速轧机是将前道拉拔形成的圆钢丝轧制成各种规格基片的关键设备。在轧制过程中,圆钢丝从放卷轴放卷,经过2-3道次平辊冷轧成型,最后由卷取电机实现基片的收卷动作、伺服电机完成基片的排距动作。在钢丝圈基片冷连轧制过程中,对钢丝的张力控制贯穿整个生产环节。张力波动过大会导致基片成品率、产品质量与生产效率的降低,因此提高轧机电气控制系统的动态张力响应与稳态精度十分重要。为提高产品质量与生产效率,研究可靠的张力控制系统成为改造升级传统轧机的前提条件。为解决传统轧机机械传动噪声大、轧辊配对困难、更换成本高、使用寿命短及基片成型精度低等缺点。本文重点研究与分析将配对轧辊及卷取排距两轴机械解耦的可行方案,并给出轧辊及卷取排距两轴独立驱动的解决方案。新型轧机采用张力前馈补偿的方式实现高精度的张力控制,放卷段通过力矩平衡模型改变给定信号,结合张力环节,构成转矩闭环控制,可实现良好的被动放卷;轧制段采用无传感器张力控制,1-2道次轧机线速度采用主从式控制策略,依靠分别设定与控制1-2道次轧机之间的速度差,间接控制钢丝承受的张力,实现高精度轧制与张力控制;收卷段通过半径速度模型改变给定速度,配合张力环节,构成速度闭环控制,实现基片收卷的恒张力控制;排距驱动采用高精度伺服电机与卷取电机同步运动,将基片整齐地卷绕在工字料盘上。最后,根据生产工艺要求设计出改进型高速轧机的电气控制系统。新型轧机的最高线速度由原来160m/min提高至220m/min,且速度连续可调;可生产厚度为0.1.8mm、宽度为0.6.6mm范围内各种规格的钢丝圈基片。新型系统具有控制精度高、运行稳定、噪声小、轧辊寿命长等优点。