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高速自动分切机设计 外文文献翻译 1 张力双鼓 轮 复卷机控制使用纸张的张力估计 罗德里戈卡拉斯科 米阿尼瓦尔巴伦苏埃拉 研究生 高级会员， 学 副教授 学 60 智利 60利 摘要 ： 纸张 张力控制 在绕卷机中 是至关重要的 纸张绕卷工艺，以获得 较好质量的成品纸卷 。 通常情况下， 张力环使用测压元件检测 ， 如张力传感器。 这是昂贵的，需要频繁的维护和校准。 本文 以 两个鼓 轮 ，电制动发电机，生产绕线机收放卷的变量为 基础， 分别 建立 两 种新的 张力 估 量 。 所有的估计考虑的重要动力，摩擦和惯性变化的影响。 这两个估计是典型的梯形络筒机评估工作周期。 多个敏感性分析表明 ,该估计参数摄动的鲁棒正常弧 ,并给出了 不使用传感器张力迴圈的 稳定和精确的 纸张 张力控制。 关键词：绕线机驱动器，无传感器张力控制，张力控制，张力的估计。 专用名称 符号 2F,3F：分别代表作用于前面 作用于两鼓轮的总接 触力； 和后面鼓轮的接触力； 手辊的参考压力； 电枢驱动电流 i 参考均分负载 磁驱动电流 i 卷机鼓轮惯量 品纸卷惯量集； 卷筒卷芯和母卷的惯量； ：恒驱动转矩； 绕卷机 宽度； 1Q，2Q，3Q：轴承的轴向力（分别是线轴，前后鼓轮）； ：轴承的驱动半径 i； 络筒机鼓轮的半径 ； 品纸卷卷芯的半径； 轴轮的半径； 卷半径； ： 库仑损失估计转矩分量，初始阶段； 电动驱动力矩； 重绕阶段的总电动转矩； 高速自动分切机设计 外文文献翻译 2 摩擦驱动转矩分量 重绕阶段的总摩擦力矩 初始阶段的转动惯量； 考张力； 张张力； ,：估计纸张张力（初始变量）； ,：估计纸张张力（重绕变量）； 鼓轮转矩分量惯量； ：估计鼓轮偏差损失转矩分量；初始阶段； 初始阶段阶段； 初始阶段和重绕阶段等效偏差系数； 张平均厚度； ：轴承摩擦系数； ：重绕纸卷平均密度； n：纸张角度，初始阶段； 鼓轮转动速度； 成品纸卷转动速度； 母卷（制动发电机）转动速度； 下标 上标 1： 制动发电机变量 ； X：估计量。 2：后鼓轮变量； 3：前鼓轮变量； 轮变量； 绕阶段变量； 始阶段变量； 1、简介 绕线机 驱动器需要精确的动态性能，以控制速度 。系统中张力，成品纸卷密度特征在不同速度情况下， 为加速和减速，和可变惯性提供保证。 两鼓轮纸张绕卷机的主要部件 如图 I 所示。 一，复卷阶段是由两个与该绕成品纸卷表面接触航运独立驱动鼓轮。为了避免鼓轮和成品纸卷间的滑移。 特别是在纸卷成型周期，第三卷，扶手卷开始滚动 ，它是用来消除成品纸卷中的气隙。随着成品纸卷 的直径和 重量 的增加 ， 扶手辊的夹紧力基于几何形态的圆筒和成品纸卷在预定的轨迹中降低，因为他是建立在成品纸卷的最终尺寸上。 后部鼓轮驱动器（驱动器 2，图 1）是主驱动器，应用于速度 控制回路上。前部鼓轮驱动（驱动器 3，图 1）是在共同负载作为辅助驱动形成的。这种循环控制通过 包括高速自动分切机设计 外文文献翻译 3 基本 剖面密度 要求，速度微分限制和成品纸卷惯量的变化来控制成品纸卷的内部缺口密度或硬度。图 1：双鼓轮绕卷机控制回路 该放卷阶段是由一个制动发电机，在转矩控制收放卷之间的纸张张力模式运作阶段形成的。张力环通常是使用像张力传感器这样的压力检测元件在纸张纵剪机组关键的跨度的位置 。在这跨度的纸张张力很大程度上影响了分切机的正常运行，它确定了成品纸卷的宽带规格 。 纸张张力控制不当将会导致成品纸卷的辊建立在一个变化直径（环）上 ，这样不合格的纸卷造成后续的加工工艺作用于成品纸卷上，诸如印刷、裁切。 为了同时处理收放卷部分的惯量变化，辅助补偿信号被添加到控制回路。这些信号从计算卷径信号前馈补偿，或卷径计算得到的。 虽然传感器是当正确安装有效的传感器， 但他们对同轴度和平衡是 非常敏感的，而且由于其固有的脆弱 性，他们通常需要频繁的 维修。 此外，由于绕卷机宽度的不同， 2或 3 张力传感器需要在整个纸卷中安装，以取得合理的平均张力 I 高速自动分切机设计 外文文献翻译 4 估算已经证明是有效的替代品作为传感器。他们不需要额外的空间，不需要维护，只需要一些额外的线路和控制代码计算。在 我 中，作者报告了无传感器紧张应用于造纸机的 分控制的结果。这结果表明在不同张力迁入流出间纸张在低纬度甚至是零情况下的强度。 为力实现一个基于纸张张力估算的绕卷机张力控制， 需要考虑到许多影响条件。 因为 绕卷机占空比梯形快速加速和减速坡道，惯性力矩组件必须包含在力矩平衡方程。 不像 造纸机 械 ， 在每个成品纸卷的正常绕卷循环时， 惯 量 值的变化 是 极大 的 ， 它 需要一个额外的转矩补偿 分量 。 补偿分量特别是在放卷辊 是一个主导作用， 作用于 整个卷绕 循环 ，必须包括在内，以获得一个强大的解耦纸张 张力估算 。 英文 卷绕速度都远远高 于造纸机。额外的摩擦和 偏差 力矩平衡方程，可能需要在 轻 纸张重量 中 应用张力值是 1 磅 或更低 。 本文论述了两个由两片鼓轮复卷机张力估算的概念设计：一个以收卷变量为基础和另一个以放卷变量为基础，同时考虑到动态和惯量变化的影响。这些估算，在典型的收卷工作周期中使用无传感器的绕卷机张力控制。为了评估 张力估算 性能， 开发出 一个 2鼓轮 制动发电机动态 绕卷机 模型。该模型 是通过运行中绕卷机上的记录来进行评估的。 2、 纸张张力估算 纸张张力影响收卷和放卷两个阶段。 因此，纸张张力有可能从每个阶段中 2 个绕卷机鼓轮的力矩平衡方程中得到。每 个力矩平衡方程通常包括 惯量，电动和摩擦力矩等参量 。 电动转矩分量表达取决于在绕卷机使用的具体驱动器。在本文中，直流驱动器被考虑，因为这是用来进行比较的操作绕卷机的情况。在向量或直接转矩控制的交流驱动器的最一般情况下，电动扭矩元件直接得到的驱动扭矩估算。 采用放卷变量估 算 张力 为进一步的进行张力估算，第一种选择是使用放卷变量。从放卷阶段的力矩平衡方程中段，纸张张力可为： 纸张张力估算要要求计算（ 1）式中的各个力矩分量。 力矩惯量 进一步的表示放卷阶段的力矩惯量，参考变惯量是： 高速自动分切机设计 外文文献翻译 5 下面的表达式是用来确定（估计）的未知参数（ s）和变量（ s）： 该方程计算（ 3）至（ 6），假设所有绕卷机参数（尤其是 和 ）是已知的，只需要测量母卷初始半径（ ）和制动发电机速度（ ）母卷最初的半径测量是在每个母卷的循环的开始 ，并且 是通过安装在制动发电机的编码器和测速器上获得的 因此，估算出（ 3）至（ 6）式中的各个值并代入到（ 2）式中，计算出放卷阶段力矩惯量分量。 电动扭矩 进一步估算力矩是从通过制 动发电机 测量的电枢电流获得，为 如果制动发电机变量（控制）励磁电流，则励磁电流经营（组件）应恒转矩测量和估算使用： 摩擦转矩。 估算摩擦转矩分量表示为： 估算库仑损失分量如下式 ; 其中 是线轴轴承法向力，并获得 高速自动分切机设计 外文文献翻译 6 在（ 11）式中张力使用的值是参考纸张张力。 绕卷机损失估计部分是成正比的，假设旋转速度： 绕卷机的系数 可由确定实验中放卷辊旋转恒定速度，不需要已知纸张张力。 最后，计算出（ 10）至（ 12）式并代入（ 9）式中，这样通过计算就可以得到摩擦力矩分量。 计 算纸张张力（放卷变量）。 计算纸张张力是通过计算、每个使用转矩分量的值，他们由（ 2），（ 7）及（ 9）各式确定： 根据上面描述的步骤，纸张的张力的计算是使用参考量来计算（ 1）式中的 ，也需要测量（ 12）式中的放卷系数 ，但他不是那么容易获得的。如果该参数是通过以往经验确定那么它被认为是麻烦的，那么就可以使用该系数的典型值。力矩分量的计算从模型和记录数据显示，最重要的分量是电动力矩和力矩惯量分量。摩擦转矩分量约为总数的 5的扭矩。所以其值 20的误差会影响我的 1%的张力计算，这是可以接受的能够达到张力控制的 目的的。 采用复卷变量计算张力 进一步计算张力的第二种方法是用复卷变量。从复卷阶段力矩平衡方程，总结的后部和前部鼓轮转矩方程，并为求解出张力。结果： 或简化该式： 他的求解需要计算出（ 15）式中的每个参量。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 7 电动力矩。 使用两鼓轮驱动电枢电流测量，估计电动扭矩分量包括： 或者，电动扭矩分量也可使用一个电枢电流和前后鼓轮之间的共享负载曲线确定。 力矩惯量。 两鼓轮的力矩分量惯量的计算使用： 鼓轮的惯量是由鼓轮的制造商给出的。鼓轮的速度参数可以由任一鼓轮上获得。如果他们不复杂，便可以应用于（ 18）式中。 如果两个鼓轮的惯量不同，那么（ 18）式应做些相应的修改。 接触应力。 首先，接触应力的计算需要通过从前鼓轮到成品纸卷的计算为： 其中计算摩擦转矩分量 是通过在放卷阶段所描述的同样的步骤来计算的 然后，计算总接触力所需旋转成品纸卷的计算为： 成品纸卷的半径 是通过扶手辊上的位置传感器获得的。 由于成品纸卷的惯量是变化的，使用在放卷阶段中所说的方法同样来计算惯量项。 在计算出总接触应力后，计算作用于后鼓轮的接触应力得到如下： 摩擦力矩。 现在，必须计算出每个鼓轮摩擦力矩分量。该步骤类似 放卷部分中所描述的的步骤，计算 表达式 如下： 高速自动分切机设计 外文文献翻译 8 在这公式中，假设前后鼓轮的速度是相等的。即： 计算纸张张力（收卷变量）。 最后采用收卷变量计算纸张张力。 无传感器绕卷机的张力控制。 1) 基于放卷变量纸张张力的计算 。 2) 基于收卷变量纸张张力的计算 。 3) 基于收卷、放卷变量评价值的纸张张力计算。 前两项至少需要控制代码区并且能够快速的计算出。 第三个 选项允许 计算 算法之间的交叉检查，并在它们之间的不正常 分歧 的情况下，一个警告信息可以被发送到 操作员那里 。 3、 双鼓轮绕卷机的动态模型 绕卷机模型。 一个带发电机制动的双鼓轮绕卷机的动态模型改进。该模型包括由母卷和发电机制动形成的收卷阶段动态模型，和由双鼓轮和成品纸卷形成的收卷阶段。 这两个子系统 的连接 是通过 它们之间 恒定参考张力 的 关系。动态模型是基于收卷和放卷阶段的自由体图标所求出的力矩平衡方程。 该模型还包括所有的标准控制的绕线机的正常运行所需要的循环。这些循环是图 1所示的相同，包括制动发电机张力控制 回路，主回路速度控制的后轮鼓驱动器和鼓机之间的共同负载的控制。控制是完成了制动和转动惯量补偿发电机励磁控制信号。 这一块模型参考改进允许不同数量成品纸卷的绕卷循环仿真。它 包括在每个参数激活和失活的斜坡信号。 开发的模型是基于压力检测元件的标准张力控制的第一次计算。一整套的收卷和放卷部分的波形是通过使用运行中的绕卷机的参量获得的。 该模拟结果与从绕卷机中所取得的记录对比可以验证模型。 复卷机的数据。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 9 测试绕卷机的主要计算参数在表 1 中列举。表 1 中包括了制动发电机和鼓轮电动机的铭牌参数。 表 1 表 2 绕卷机技术参数 发电机和电动机的铭牌 卷波形。 一个四成品母卷绕卷机的绕卷周期被记录。 图 2、图 3 分别 记录了收卷和放卷部分的变量。 放卷变量。 在放卷阶段所记录的变量有：制动发电机速度，母卷直径，纸张张力参考值和实际值和电枢电流。所有额定值或最高值都记录在 如图 2a， 可以看出，制动速度波形发生器的增加幅度由梯形信号，梯形参考和母卷直径的不同造成的。母卷的直径（ 图 2b） 从最大的初始值 降到 他略大于线轴直径。在成品纸卷的变化期间，绕卷机是在停止状态并且剩余的纸卷直径恒定不变。 如图 2c、 2d 所示，显示了张力环的性能。在这个记录表中张力设定为最大值 成品纸卷 的变化 期间 ，张力设定为 减少的 如图 2d 所示，他可以看出如表中保持实际值恒定张力控 制回路是相当不错。在半成品 纸卷的变化期间，虽然驱动是不连续的 ， 表中的张力保持 在一个由机械和后鼓轮纸张摩擦组成的制动器所确定的一个对比值。 最后，制动发电机电枢电流（图 2e）反应中纸张张力的影响，加速和减速坡道，并在发电机励磁控制或力矩的影响。在恒定线速度和恒张力运行，电枢电流是恒定的，符合预期（张力和速度控制取决于有效的激励前馈解耦） 收卷变量。 六个变量在收卷阶段都减小：后鼓轮的 转速，成品纸卷的直径， 扶手 辊气动压力，均分负载的参考电流差值 ，和前 后鼓轮的 电枢电流。同样，所有的 额定值或最 高 值都显示在 。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 10 如图 3a 所示后鼓轮的转速时一个 梯形波形，几乎相同的速度给定，但它的比例是以后鼓轮直径为基础。 成品纸卷的直径（图 3b）值从卷芯的直径到最终的直径随着二次方程的变化而变化。在成品纸卷变化期间扶手辊被提到一个平衡位置上，这是由检测扶手辊位置传感器用于成品纸卷直径测量 扶手辊压力（图 3c）跟随他的参考值， 这是在绕卷机控制存储的几个选项选中选择的。如图 3d 所示，类似的情况发生与均分负载参考值中。 在 对应波形之间的后方和前方电枢电流之差，它导致前鼓轮的电流总是大于后鼓轮的电流， 在绕卷周期开始时它的差值是 并且在每个成品纸卷的最后它减少到 鼓轮和前鼓轮的电枢电流（图 3e 和 3f）表明受均分负载指令加速及减速坡道两者的影响。 模型评估。 模型的开发包括了唯一的第一套有效的标准控制回路。 这是模拟在一个母卷周期相同的记录 运行的绕卷机 的 $数据 。如图 4、图 5 所示，记录了相同的运行中的绕卷机的变量的模拟结果。 放卷变量。 比较图 2 和图 4 中的数据和模拟波形可以看出它们十分的类似。 a）后鼓轮速度 a） 发电机速度 b)成品纸卷直径 b)母卷直径 c)扶手辊压力 高速自动分切机设计 外文文献翻译 11 d)参考均分负载 c)参考张力 e)后鼓轮电枢电流 d)纸张张力 f)前鼓轮电枢电流 图 3、收卷阶段记录信 号 e)制动发电机电枢电流 图 2、放卷阶段记录信号 高速自动分切机设计 外文文献翻译 12 of a . is in in to s) in as a on in to of 2, by by of i. Ia,of i. of of of (i of i. i of i. of of of _ of i. Te,of i of i. of Ti,of _ on 高速自动分切机设计 外文文献翻译 13 _ on of _ of of of of of . _X: 2 3 I. a to a by of a 1. is by by To s), at of a is As of of is in a on of as it to , 1) is is on , 1) is as a in a or of a is by a in as in in is of of s). in in as in to as or 高速自动分切机设计 外文文献翻译 14 In to in to or to of In on or to be to a 1. to be as do do in 1, of a to of a is to be in or In to a on to be is be in of an is a in is be to a 速自动分切机设计 外文文献翻译 15 on in be on or of of of a on on of In to a of a is is by on an it is to of of a on on in In dc is of In of or ac A. he a is to of be he of of 1). 1) of of he to s) s) 3)(6), , w) of ) is by at of uw(t) is on 3)(6) 2) on 速自动分切机设计 外文文献翻译 16 2) by is f be ) is he is 1 is in is n (11), is is to be by at a 10)(12) 9) 4) is 2), (7), 9) to of to 1 11), of 12), be to If of is it is to of of is % of so a 20% in %, is B. he of of 速自动分切机设计 外文文献翻译 17 or in he of 15) be 1) of be dete高速自动分切机设计 外文文献翻译 1 张力双鼓 轮 复卷机控制使用纸张的张力估计 罗德里戈卡拉斯科 米阿尼瓦尔巴伦苏埃拉 研究生 高级会员， 学 副教授 学 60 智利 60利 摘要 ： 纸张 张力控制 在绕卷机中 是至关重要的 纸张绕卷工艺，以获得 较好质量的成品纸卷 。 通常情况下， 张力环使用测压元件检测 ， 如张力传感器。 这是昂贵的，需要频繁的维护和校准。 本文 以 两个鼓 轮 ，电制动发电机，生产绕线机收放卷的变量为 基础， 分别 建立 两 种新的 张力 估 量 。 所有的估计考虑的重要动力，摩擦和惯性变化的影响。 这两个估计是典型的梯形络筒机评估工作周期。 多个敏感性分析表明 ,该估计参数摄动的鲁棒正常弧 ,并给出了 不使用传感器张力迴圈的 稳定和精确的 纸张 张力控制。 关键词：绕线机驱动器，无传感器张力控制，张力控制，张力的估计。 专用名称 符号 2F,3F：分别代表作用于前面 作用于两鼓轮的总接 触力； 和后面鼓轮的接触力； 手辊的参考压力； 电枢驱动电流 i 参考均分负载 磁驱动电流 i 卷机鼓轮惯量 品纸卷惯量集； 卷筒卷芯和母卷的惯量； ：恒驱动转矩； 绕卷机 宽度； 1Q，2Q，3Q：轴承的轴向力（分别是线轴，前后鼓轮）； ：轴承的驱动半径 i； 络筒机鼓轮的半径 ； 品纸卷卷芯的半径； 轴轮的半径； 卷半径； ： 库仑损失估计转矩分量，初始阶段； 电动驱动力矩； 重绕阶段的总电动转矩； 高速自动分切机设计 外文文献翻译 2 摩擦驱动转矩分量 重绕阶段的总摩擦力矩 初始阶段的转动惯量； 考张力； 张张力； ,：估计纸张张力（初始变量）； ,：估计纸张张力（重绕变量）； 鼓轮转矩分量惯量； ：估计鼓轮偏差损失转矩分量；初始阶段； 初始阶段阶段； 初始阶段和重绕阶段等效偏差系数； 张平均厚度； ：轴承摩擦系数； ：重绕纸卷平均密度； n：纸张角度，初始阶段； 鼓轮转动速度； 成品纸卷转动速度； 母卷（制动发电机）转动速度； 下标 上标 1： 制动发电机变量 ； X：估计量。 2：后鼓轮变量； 3：前鼓轮变量； 轮变量； 绕阶段变量； 始阶段变量； 1、简介 绕线机 驱动器需要精确的动态性能，以控制速度 。系统中张力，成品纸卷密度特征在不同速度情况下， 为加速和减速，和可变惯性提供保证。 两鼓轮纸张绕卷机的主要部件 如图 I 所示。 一，复卷阶段是由两个与该绕成品纸卷表面接触航运独立驱动鼓轮。为了避免鼓轮和成品纸卷间的滑移。 特别是在纸卷成型周期，第三卷，扶手卷开始滚动 ，它是用来消除成品纸卷中的气隙。随着成品纸卷 的直径和 重量 的增加 ， 扶手辊的夹紧力基于几何形态的圆筒和成品纸卷在预定的轨迹中降低，因为他是建立在成品纸卷的最终尺寸上。 后部鼓轮驱动器（驱动器 2，图 1）是主驱动器，应用于速度 控制回路上。前部鼓轮驱动（驱动器 3，图 1）是在共同负载作为辅助驱动形成的。这种循环控制通过 包括高速自动分切机设计 外文文献翻译 3 基本 剖面密度 要求，速度微分限制和成品纸卷惯量的变化来控制成品纸卷的内部缺口密度或硬度。图 1：双鼓轮绕卷机控制回路 该放卷阶段是由一个制动发电机，在转矩控制收放卷之间的纸张张力模式运作阶段形成的。张力环通常是使用像张力传感器这样的压力检测元件在纸张纵剪机组关键的跨度的位置 。在这跨度的纸张张力很大程度上影响了分切机的正常运行，它确定了成品纸卷的宽带规格 。 纸张张力控制不当将会导致成品纸卷的辊建立在一个变化直径（环）上 ，这样不合格的纸卷造成后续的加工工艺作用于成品纸卷上，诸如印刷、裁切。 为了同时处理收放卷部分的惯量变化，辅助补偿信号被添加到控制回路。这些信号从计算卷径信号前馈补偿，或卷径计算得到的。 虽然传感器是当正确安装有效的传感器， 但他们对同轴度和平衡是 非常敏感的，而且由于其固有的脆弱 性，他们通常需要频繁的 维修。 此外，由于绕卷机宽度的不同， 2或 3 张力传感器需要在整个纸卷中安装，以取得合理的平均张力 I 高速自动分切机设计 外文文献翻译 4 估算已经证明是有效的替代品作为传感器。他们不需要额外的空间，不需要维护，只需要一些额外的线路和控制代码计算。在 我 中，作者报告了无传感器紧张应用于造纸机的 分控制的结果。这结果表明在不同张力迁入流出间纸张在低纬度甚至是零情况下的强度。 为力实现一个基于纸张张力估算的绕卷机张力控制， 需要考虑到许多影响条件。 因为 绕卷机占空比梯形快速加速和减速坡道，惯性力矩组件必须包含在力矩平衡方程。 不像 造纸机 械 ， 在每个成品纸卷的正常绕卷循环时， 惯 量 值的变化 是 极大 的 ， 它 需要一个额外的转矩补偿 分量 。 补偿分量特别是在放卷辊 是一个主导作用， 作用于 整个卷绕 循环 ，必须包括在内，以获得一个强大的解耦纸张 张力估算 。 英文 卷绕速度都远远高 于造纸机。额外的摩擦和 偏差 力矩平衡方程，可能需要在 轻 纸张重量 中 应用张力值是 1 磅 或更低 。 本文论述了两个由两片鼓轮复卷机张力估算的概念设计：一个以收卷变量为基础和另一个以放卷变量为基础，同时考虑到动态和惯量变化的影响。这些估算，在典型的收卷工作周期中使用无传感器的绕卷机张力控制。为了评估 张力估算 性能， 开发出 一个 2鼓轮 制动发电机动态 绕卷机 模型。该模型 是通过运行中绕卷机上的记录来进行评估的。 2、 纸张张力估算 纸张张力影响收卷和放卷两个阶段。 因此，纸张张力有可能从每个阶段中 2 个绕卷机鼓轮的力矩平衡方程中得到。每 个力矩平衡方程通常包括 惯量，电动和摩擦力矩等参量 。 电动转矩分量表达取决于在绕卷机使用的具体驱动器。在本文中，直流驱动器被考虑，因为这是用来进行比较的操作绕卷机的情况。在向量或直接转矩控制的交流驱动器的最一般情况下，电动扭矩元件直接得到的驱动扭矩估算。 采用放卷变量估 算 张力 为进一步的进行张力估算，第一种选择是使用放卷变量。从放卷阶段的力矩平衡方程中段，纸张张力可为： 纸张张力估算要要求计算（ 1）式中的各个力矩分量。 力矩惯量 进一步的表示放卷阶段的力矩惯量，参考变惯量是： 高速自动分切机设计 外文文献翻译 5 下面的表达式是用来确定（估计）的未知参数（ s）和变量（ s）： 该方程计算（ 3）至（ 6），假设所有绕卷机参数（尤其是 和 ）是已知的，只需要测量母卷初始半径（ ）和制动发电机速度（ ）母卷最初的半径测量是在每个母卷的循环的开始 ，并且 是通过安装在制动发电机的编码器和测速器上获得的 因此，估算出（ 3）至（ 6）式中的各个值并代入到（ 2）式中，计算出放卷阶段力矩惯量分量。 电动扭矩 进一步估算力矩是从通过制 动发电机 测量的电枢电流获得，为 如果制动发电机变量（控制）励磁电流，则励磁电流经营（组件）应恒转矩测量和估算使用： 摩擦转矩。 估算摩擦转矩分量表示为： 估算库仑损失分量如下式 ; 其中 是线轴轴承法向力，并获得 高速自动分切机设计 外文文献翻译 6 在（ 11）式中张力使用的值是参考纸张张力。 绕卷机损失估计部分是成正比的，假设旋转速度： 绕卷机的系数 可由确定实验中放卷辊旋转恒定速度，不需要已知纸张张力。 最后，计算出（ 10）至（ 12）式并代入（ 9）式中，这样通过计算就可以得到摩擦力矩分量。 计 算纸张张力（放卷变量）。 计算纸张张力是通过计算、每个使用转矩分量的值，他们由（ 2），（ 7）及（ 9）各式确定： 根据上面描述的步骤，纸张的张力的计算是使用参考量来计算（ 1）式中的 ，也需要测量（ 12）式中的放卷系数 ，但他不是那么容易获得的。如果该参数是通过以往经验确定那么它被认为是麻烦的，那么就可以使用该系数的典型值。力矩分量的计算从模型和记录数据显示，最重要的分量是电动力矩和力矩惯量分量。摩擦转矩分量约为总数的 5的扭矩。所以其值 20的误差会影响我的 1%的张力计算，这是可以接受的能够达到张力控制的 目的的。 采用复卷变量计算张力 进一步计算张力的第二种方法是用复卷变量。从复卷阶段力矩平衡方程，总结的后部和前部鼓轮转矩方程，并为求解出张力。结果： 或简化该式： 他的求解需要计算出（ 15）式中的每个参量。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 7 电动力矩。 使用两鼓轮驱动电枢电流测量，估计电动扭矩分量包括： 或者，电动扭矩分量也可使用一个电枢电流和前后鼓轮之间的共享负载曲线确定。 力矩惯量。 两鼓轮的力矩分量惯量的计算使用： 鼓轮的惯量是由鼓轮的制造商给出的。鼓轮的速度参数可以由任一鼓轮上获得。如果他们不复杂，便可以应用于（ 18）式中。 如果两个鼓轮的惯量不同，那么（ 18）式应做些相应的修改。 接触应力。 首先，接触应力的计算需要通过从前鼓轮到成品纸卷的计算为： 其中计算摩擦转矩分量 是通过在放卷阶段所描述的同样的步骤来计算的 然后，计算总接触力所需旋转成品纸卷的计算为： 成品纸卷的半径 是通过扶手辊上的位置传感器获得的。 由于成品纸卷的惯量是变化的，使用在放卷阶段中所说的方法同样来计算惯量项。 在计算出总接触应力后，计算作用于后鼓轮的接触应力得到如下： 摩擦力矩。 现在，必须计算出每个鼓轮摩擦力矩分量。该步骤类似 放卷部分中所描述的的步骤，计算 表达式 如下： 高速自动分切机设计 外文文献翻译 8 在这公式中，假设前后鼓轮的速度是相等的。即： 计算纸张张力（收卷变量）。 最后采用收卷变量计算纸张张力。 无传感器绕卷机的张力控制。 1) 基于放卷变量纸张张力的计算 。 2) 基于收卷变量纸张张力的计算 。 3) 基于收卷、放卷变量评价值的纸张张力计算。 前两项至少需要控制代码区并且能够快速的计算出。 第三个 选项允许 计算 算法之间的交叉检查，并在它们之间的不正常 分歧 的情况下，一个警告信息可以被发送到 操作员那里 。 3、 双鼓轮绕卷机的动态模型 绕卷机模型。 一个带发电机制动的双鼓轮绕卷机的动态模型改进。该模型包括由母卷和发电机制动形成的收卷阶段动态模型，和由双鼓轮和成品纸卷形成的收卷阶段。 这两个子系统 的连接 是通过 它们之间 恒定参考张力 的 关系。动态模型是基于收卷和放卷阶段的自由体图标所求出的力矩平衡方程。 该模型还包括所有的标准控制的绕线机的正常运行所需要的循环。这些循环是图 1所示的相同，包括制动发电机张力控制 回路，主回路速度控制的后轮鼓驱动器和鼓机之间的共同负载的控制。控制是完成了制动和转动惯量补偿发电机励磁控制信号。 这一块模型参考改进允许不同数量成品纸卷的绕卷循环仿真。它 包括在每个参数激活和失活的斜坡信号。 开发的模型是基于压力检测元件的标准张力控制的第一次计算。一整套的收卷和放卷部分的波形是通过使用运行中的绕卷机的参量获得的。 该模拟结果与从绕卷机中所取得的记录对比可以验证模型。 复卷机的数据。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 9 测试绕卷机的主要计算参数在表 1 中列举。表 1 中包括了制动发电机和鼓轮电动机的铭牌参数。 表 1 表 2 绕卷机技术参数 发电机和电动机的铭牌 卷波形。 一个四成品母卷绕卷机的绕卷周期被记录。 图 2、图 3 分别 记录了收卷和放卷部分的变量。 放卷变量。 在放卷阶段所记录的变量有：制动发电机速度，母卷直径，纸张张力参考值和实际值和电枢电流。所有额定值或最高值都记录在 如图 2a， 可以看出，制动速度波形发生器的增加幅度由梯形信号，梯形参考和母卷直径的不同造成的。母卷的直径（ 图 2b） 从最大的初始值 降到 他略大于线轴直径。在成品纸卷的变化期间，绕卷机是在停止状态并且剩余的纸卷直径恒定不变。 如图 2c、 2d 所示，显示了张力环的性能。在这个记录表中张力设定为最大值 成品纸卷 的变化 期间 ，张力设定为 减少的 如图 2d 所示，他可以看出如表中保持实际值恒定张力控 制回路是相当不错。在半成品 纸卷的变化期间，虽然驱动是不连续的 ， 表中的张力保持 在一个由机械和后鼓轮纸张摩擦组成的制动器所确定的一个对比值。 最后，制动发电机电枢电流（图 2e）反应中纸张张力的影响，加速和减速坡道，并在发电机励磁控制或力矩的影响。在恒定线速度和恒张力运行，电枢电流是恒定的，符合预期（张力和速度控制取决于有效的激励前馈解耦） 收卷变量。 六个变量在收卷阶段都减小：后鼓轮的 转速，成品纸卷的直径， 扶手 辊气动压力，均分负载的参考电流差值 ，和前 后鼓轮的 电枢电流。同样，所有的 额定值或最 高 值都显示在 。 高速自动分切机设计 外文文献翻译 10 如图 3a 所示后鼓轮的转速时一个 梯形波形，几乎相同的速度给定，但它的比例是以后鼓轮直径为基础。 成品纸卷的直径（图 3b）值从卷芯的直径到最终的直径随着二次方程的变化而变化。在成品纸卷变化期间扶手辊被提到一个平衡位置上，这是由检测扶手辊位置传感器用于成品纸卷直径测量 扶手辊压力（图 3c）跟随他的参考值， 这是在绕卷机控制存储的几个选项选中选择的。如图 3d 所示，类似的情况发生与均分负载参考值中。 在 对应波形之间的后方和前方电枢电流之差，它导致前鼓轮的电流总是大于后鼓轮的电流， 在绕卷周期开始时它的差值是 并且在每个成品纸卷的最后它减少到 鼓轮和前鼓轮的电枢电流（图 3e 和 3f）表明受均分负载指令加速及减速坡道两者的影响。 模型评估。 模型的开发包括了唯一的第一套有效的标准控制回路。 这是模拟在一个母卷周期相同的记录 运行的绕卷机 的 $数据 。如图 4、图 5 所示，记录了相同的运行中的绕卷机的变量的模拟结果。 放卷变量。 比较图 2 和图 4 中的数据和模拟波形可以看出它们十分的类似。 a）后鼓轮速度 a） 发电机速度 b)成品纸卷直径 b)母卷直径 c)扶手辊压力 高速自动分切机设计 外文文献翻译 11 d)参考均分负载 c)参考张力 e)后鼓轮电枢电流 d)纸张张力 f)前鼓轮电枢电流 图 3、收卷阶段记录信 号 e)制动发电机电枢电流 图 2、放卷阶段记录信号 高速自动分切机设计 外文文献翻译 12 of a . is in in to s) in as a on in to of 2, by by of i. Ia,of i. of of of (i of i. i of i. of of of _ of i. Te,of i of i. of Ti,of _ on 高速自动分切机设计 外文文献翻译 13 _ on of _ of of of of of . _X: 2 3 I. a to a by of a 1. is by by To s), at of a is As of of is in a on of as it to , 1) is is on , 1) is as a in a or of a is by a in as in in is of of s). in in as in to as or 高速自动分切机设计 外文文献翻译 14 In to in to or to of In on or to be to a 1. to be as do do in 1, of a to of a is to be in or In to a on to be is be in of an is a in is be to a 速自动分切机设计 外文文献翻译 15 on in be on or of of of a on on of In to a of a is is by on an it is to of of a on on in In dc is of In of or ac A. he a is to of be he of of 1). 1) of of he to s) s) 3)(6), , w) of ) is by at of uw(t) is on 3)(6) 2) on 速自动分切机设计 外文文献翻译 16 2) by is f be ) is he is 1 is in is n (11), is is to be by at a 10)(12) 9) 4) is 2), (7), 9) to of to 1 11), of 12), be to If of is it is to of of is % of so a 20% in %, is B. he of of 速自动分切机设计 外文文献翻译 17 or in he of 15) be 1) of be dete 上海 电 机 学 院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 _高速自动分切机设计 _ 学 院 机械学院 专 业 机械电子工程 班 级 学 号 姓 名 张奶强 指导教师 韩雄飞 定稿日期： 2010 年 11 月 30 日 1 1 选题背景及其意义 随着科技的发展、社会文明的进步，人们对纸的需求越来越大，促使近年来我国造纸行业的迅速蓬勃发展，作为配套的分切机在产品的分切及质量控制方面起着关键的作用，分切是宽幅纸张生产线或印后加工的最后一道工序，在整个生产流程中占有十分重要的地位。 鉴于我国分切机仍与一些国际的品牌存在着较大的差距，分切机又有其特有的专一性，我们有责任和义务，从结构及人性化设计、电气控制、生产制造等方面严格要求，在不断学习国外知名品牌的先进理 念的同时，要勇于开拓创新、大胆走出自己的特色，研制出控制先进、操作方便可靠、更加人性化、外形简洁美观的适合用户的分切机。结合目前国内分切机的现状及其与一些国际知名品牌之间存在的较大大 差距，并吸取国内外一些知名品牌制造厂商的控制经验和新的控制思想。 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 目前我国的分切机与一些国际的品牌 (如德国的康普 国的埃特拉斯大利的铁坦 本的不 )之间仍存在着较大的差距，国内所生产的分切机自动化水平还停留在中下游水平上，虽说对国内外控制 原器件运用已非常普及，价格也较低廉，但国内分切机厂家在使用时，对分切工艺及材料特性等的理解深度上远远落后于国外发达国家水平，特别是在控制系统上与分切机的结构、和所分切的物料上缺乏有机的结合，在这个层面上讲，国产分切机绝大多数还停留在粗线条上，还没有更深入领会分切机控制系统的严密性和合理性。在科学技术日新月异发展的当今时代，随着现代 造纸 机械的发展，为满足当代消费者对商品包装多样化、精美化的需要。随之人们对 造纸 机械的高自动化、人性化及高的安全可靠性等要求也越来越高，伴随着计算机在工业领域应用的日益广泛和深入，同 时将微电子技术、新传感技术、信息处理技术、新工艺技术、新材料技术及微型计算机等技术的应用迅速渗透到 造纸 机械制造领域，这反映出我国现代 造纸 机械向高科技水平发展。随着工业控制技术水平的提高，尤其是微电子技术的迅猛发展，微处理器与可编程控制器等大规模集成电路的广泛应用，将它们与传统工业控制相结合，加速了工业自动化水平的提高。越来越多的工业控制过程在使用可编程控制器，并在实时控制方面取得了很好的效果。 以 为代表的世界先进制造厂商，主要从以下几个方面提高 产品质量和性能： 1 采用 活方式控制系统 ) 2 2 采用对话式键盘操作，同时数据化显示卷取数据， 3 使操作不会因人而异 4 高性能的废边卷绕机构 5 高品质的磨擦传动轴 6 操作方便可靠、更加人性化、外形美观大方 国产分切机特点 分切盘纸质量不高 国产分切机自动化控制程度低，占地面积大，操作不方便，油路、各线路不封闭，机架材质差。需要人工使用吊车上辊、卸辊；卷纸辊采用的是光辊，由于设计精度不高，分盘时需借用外力开盘，导致盘纸达不到工艺要求，卷烟厂家上机时易产生摇摆，影响使用质量。 设备运行质量差 一方面，国 产分切机使用一台电机来完成牵引，这台电机传动牵引辊匀速转动，牵引辊牵引分切材料恒线速度运行，同时牵引辊带动磁粉离合器输入轴，输入轴带动分切轴运行。由于分切材料直径不断增大，为了保持分切材料的恒线速度运行，分切轴的转速必须不断减小，就导致输出、输入轴的转差不断增大，增大的转差全都由磁粉离合器转换成热能消耗掉。由于磁粉离合器热功率有限，因此就限制了分切机的运行速度。另一方面，因磁粉离合器的热量随转差增大而升高，过高的温度常常将磁粉离合器的磁粉和轴承烧结，摩擦系数随之增大，因此必须经常更换磁粉和轴承，严重时必须更 换新的离合器。而且，摩擦系数的变化和离合器转差增大直接影响扭力，使分切材料质量受到影响。 结构设计不合理 国产分切机退纸架较低，不能分切辊径过大的纸辊，因此增加工人劳动强度。没有断纸吸走装置，当纸辊由于纸病在分切过程中产生单盘断纸时，经常出现缠绕底刀现象，造成跳刀，使整辊盘纸起毛、起刺。在安全设计方面没有任何联锁装置、刹车装置，也没有安全防护装置，安全系数几乎为零。 总之，控制先进、操作方便可靠、更加人性化、高效节能、外形简洁美观是目前分切机的发展趋势。 3 研究内容 本课题的主要是借鉴国外先进 分切机制造技术，结合自身特点，设计出一台具有结构合理，
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