负荷平衡控制

1、负荷平衡控制安连祥1 王会丰1 杨泽伟2（1、2.河北工业大学，电气自动化学院，天津市 300130）摘要：本文分析了在双轴传动中影响轧辊负荷平衡的因素，阐述了负荷平衡控制原理，编写了负荷平衡控制的程序设计框图，通过分析速度曲线、电流曲线验证了应用的实际效果。关键词：双轴传动；负荷平衡；电流差值；负荷平衡调节器中图分类号：TP273 文献标识码：ALoad balance control AN Hianxiang1, WANG Huifeng1, YANG Zewei2(1、2.Hebei University of Technology Tianjin 300130)Abstract: Th

2、is article analysis the factor which effect the load balance of mill roll, expound the principle of load balance, compile load balance program design flowchart, verify the application through anglicizing the carves of speed and current.Key words: two-axle gear; load balance; current D-value; load ba

3、lance adjustor1 前言在大压下量轧制时，要求驱动电机输出功率较大，为了减小电机传动轴的负荷，采用上下工作辊单独传动方式，又因为电机轴上传动力矩较大，而系统设计选用直流机来实现，但直流机由于换向等问题的限制，不可能将容量做的很大，因此，在实际应用中，为了达到轧制的功率要求，设计了两台电机串联分别驱动单个工作辊的传动方式， 这样的机械传动方式对上下辊电机的控制系统提出了更高的要求，如果上下辊电机的负荷不平衡，就会造成轧辊与带钢表面产生相对滑动，严重时会引起电机过热和机械振动，进而影响轧制效率和成品质量。此种方式由于上下辊的齿轮不啮合，需要依靠调节电动机的转速来保持同步，这就是本文要讨

4、论的工作辊负荷平衡问题。2 负荷平衡的实现方法2.1 影响工作辊负荷不平衡的因素经过实验和研究，引起上下辊线速度差值的主要原因有上下工作辊的辊径不同，带钢与轧辊辊面的摩擦系数不同，速度调节器和电流调节器的动态响应差异，电机本身的参数差异，磁通量的差别，以及弱磁后弱磁曲线的不一致1。引起工作辊上负荷不平衡的因素较多，经过分析和测量，其中速调和流调响应和电机自身参数差异是造成负荷不平衡的主要原因，本文主要针对这两个主要原因提出解决方案。2.2 负荷平衡的控制原理负荷平衡的基本原理就是控制上下工作辊相同时刻输出相等的转矩。要控制轧辊转矩，在电机和传动机构完全一致的情况下，可以归结为上下工作辊驱动电机

5、的电枢电流控制。利用电流互感器将上下辊电机的电枢电流测量出来，送到控制器内相比较，若二者差值的绝对值小于上辊电机当前电流值的3%，不进行负荷平衡调节；若差值的绝对值大于上辊电机当前电流值的3% ，则其差值经负荷平衡调节器输出，并综合当前速度给定值，经过一个限幅环节后，加在附加给定上，调节输出转矩。当上辊转矩实际值大于下辊转矩实际值时，减小上辊的转速给定值；同理，当下辊转矩实际值大于上辊转矩实际值时，减小下辊的转速给定值。负荷平衡的调节总是使转矩实际值大的那台电机速度减慢，从而达到上下工作辊输出转矩相等的目的，使上下辊实现负荷平衡控制2。在调节过程中，既可保持主令速度不变，也可改变主令速度的大小

6、。调节原理框图如图1所示。当前速度给定图1 负荷平衡调节框图Fig 1 Load balance adjusting diagram使用这样的调节方法，当存在负载扰动时，它可以减小因上下辊速调和流调响应速度不一致带来的转矩偏差，通过检测上下辊电枢电流变化，判断下辊和上辊哪一个电机响应速度快，通过在附加给定上加载速度微调量，减缓其响应速度，与响应慢的逼近，最终使上下辊电流值相等。2.3 负荷平衡控制的结构框图在负荷平衡的控制系统中，负荷平衡控制器由程序语句编写而成，专门编写成程序块，以便在主程序中调用，主要由比较环节，限幅环节和一个PI控制器组成，它的结构框图如图2所示。ASRASR图2 负荷平

7、衡控制模型结构简图Fig 2 Load balance control model structure比较环节和带有死区的线性环节的作用是比较上下辊的电枢电流差值，当差值大于允许的范围，调节作用启动，当差值在允许的范围内，调节作用不启动。控制器中PI调节器传递函数为：负荷平衡调节器 ，它主要控制调节过程中，速度微调量的初始值和给定斜率，以防突加过大的调节量，引起转速的突变，不利于两辊速度的协调。在调试过程中，需要依据速调和流调的响应快慢，调节参数和。限幅环节的作用是避免大的调节量加到转速给定上，引起转速的突变，在最后限制了它的最大输出值。2.4 负荷平衡控制程序的编写由上述的理论分析可知，符合

8、平衡控制需要设计一个控制器，调节上下工作辊速度调节器的附加给定，进而调节电机的输出转矩。本项目中选用AMS作为控制器，通过编写程序来完成控制功能。设，分别为驱动上工作辊主从电机的电枢电流，分别为驱动下工作辊主从电机的电枢电流，分别为上下工作辊驱动电机总的电流值。为上下工作辊的电机电流差值的绝对值（间接反映转矩差值的变化），分别为上下工作辊的电机转速，为电机额定电流，为PI调节器输出加在速调附加给定上的微调量。按照负荷平衡的调节原理，设计的程序框图如图3，其中，为控制器的输入量，为输出变量。由于编写程序是按照工作辊辊径相同时设计的，当转速差值大于时，为保证成品质量，应该减速换一对新的轧辊。(rp

9、m)(rpm)(rpm)YNYN图 3负荷平衡程序设计流程图Fig 3 Load balance program design flowchart2.5 负荷平衡控制过程分析经过分析和计算，在轧制过程中，速度调节器和电流调节器响应速度不同和电机自身参数差异是造成上下辊力矩不平衡的主要原因，现以上辊速度给定为上下辊的速度基准，在没有负载扰动情况下，上下辊电机都稳速运行，在0.05s时刻，负载突然变大，转速和电流变化曲线图如图4所示：0.27t(s)t(s)t(s)t(s)(A)0.230.10000.050.070.150.190.25上辊转速变化曲线0(A)下辊转速变化曲线上辊电流变化曲线下辊

10、电流变化曲线图4 负载扰动时上下辊转速和电流变化曲线Fig 4 Curve of speed and current of work roll with load disturbance从图4可以看出，上辊的速调和流调响应比下辊速调和流调响应要快，经过100ms以后，转速可以上升到给定值以上，经过250ms以后，转速就可以调节到给定值，从其电流变化曲线可以看出，当有速降后，电流上升速度快。相比之下，下辊电机的速调和流调响应要慢，在相同时刻存在扰动后，转速经过150ms以后，才能上升到给定值形成小的超调量，电流相对变化要平缓。在这个过程中，由于速调和流调响应速度差异，会造成电机输出电流不同，从而

11、引起上下辊转速偏差。3 应用效果 当负荷平衡控制起作用以后，它会监视上下辊的电机电流值，并比较，当差值大于额定电流值的3%时，它会给电流大的流调上附加一个使其减小的微调量，否则不进行调节，应用效果如图5所示： (rpm)0(A)00.050.130.22231321t(s)t(s)t (s)图5 负荷平衡调节作用分析曲线图Fig 5 Analyzing curves of speed and current during adjusting process曲线1为响应较快的上辊电流和速度变化曲线，曲线2为响应较慢的下辊电流和速度变化曲线，这时，负荷平衡的调节作用就会体现出来。可以看出，在0.05-0.13s之间，上辊电机电流大，调节作用使其向曲线2逼近；在0.13-0.22s之间，下辊电机电流大，调节作用使其向曲线1逼近；曲线3为调节器起作用后的电流和转速变化曲线，它从控制电机电流入手，控制了转速。参考文献