Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы регулирования натяжения бумажного полотна и постановка задачи 14
1.1. Роль автоматического регулирования натяжения полотна в обеспечении его качества и бесперебойной работы БМ 14
1.2. Системы автоматического регулирования натяжения вырабатываемого полотна бумаги в межсекционном промежутке ЕМ 26
1.3. Предмет исследований и постановка задачи 38
2. Разработка технических требований к САРН 40
2.1. Обоснование допущений в описании процессов деформации бумажного полотна 40
2.2. Математическая модель полотна с учетом изменений технологических факторов 50
2.3. Определение области применения САРН 55
2.4. Требования к быстродействию САРН 64
2.5. Ограничение координат САРН 67
2.6. Требования к конструктивным элементам 70
2.7. Выводы 72
3. Декомпозиция многосвязной САР и синтез САРН 74
3.1. Компенсация обратных перекрестных связей по натяжению бумажного полотна 74
3.2. Компенсация транспортного запаздывания натяжения бумажного полотна 78
3.3. Подавление упругих колебаний в многосвязной САР 91
3.4. Синтез контуров САРН 102
3.5. Выводы 115
4. Разработка адаптивной САРН 117
4.1. Объект регулирования САРН - звено с переменными параметрами 117
4.2. Идентификация объекта регулирования 125
4.3. Адаптация регулятора натяжения 133
4.4. Исследование динамики системы идентификации объекта регулирования САРН 135
4.5. Выводы 143
5. Экспериментальные исследования 144
5.1. Исследование компенсации межсекционных связей по натяжению бумажного полотна 148
5.2. Испытания системы компенсации транспортного запаздывания 156
5.3. Исследование перестраиваемого режекторного фильтра 159
5.4. Исследование трехконтурной САРН 168
5.5. Разработка адаптивной САРН и ее исследование 172
Заключение 183
Литература... 189
Приложения 200
- Роль автоматического регулирования натяжения полотна в обеспечении его качества и бесперебойной работы БМ
- Математическая модель полотна с учетом изменений технологических факторов
- Компенсация транспортного запаздывания натяжения бумажного полотна
- Объект регулирования САРН - звено с переменными параметрами
Введение к работе
Одним из важнейших показателей промышленного потенциала и культурного развития государства является количество бумаги, потребляемой на душу населения, "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусматривают увеличение мощностей целлюлозно-бумажных предприятий на 17..,19$ при одновременном повышении качества выпускаемой продукции (Материалы ХХУТ съезда КПСС. - М., 1981). Особое внимание при этом уделяется ускорению научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рациональному использованию производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшению качества работы. Основными условиями выполнения решений ХХУТ съезда КПСС в области развития целлюлозно-бумажной промышленности являются модернизация устаревших, повышение производительности существующих, разработка и ввод новых высокопроизводительных бумаго- и картоно-делательных машин, а также снижение массоемкости бумаги.
Интенсификация технологических процессов позволила увеличить рабочие скорости производства бумаги до 15-20 м/сек. Это выдвигает ряд проблем в области автоматизированного электропривода бумагоделательных машин (БМ). Электропривод Ш выполняет задачу подведения механической энергии к валам различных по технологическим операциям механизмов, а также непрерывного транспортирования бумажного полотна во всех фазах его формирования и обработки. Кроме того, электропривод обеспечивает постоянство скорости Ш я соотношения скоростей смежных секций, что наряду с технологическими факторами гарантирует безобрывный режим работы машины.
Уровень стабильности технологических факторов определяет выбор способа регулирования натяжения бумажного полотна в межсекци-
онном промежутке: косвенный или непосредственный. Косвенный метод регулирования заключается в точном поддержании постоянства скоростей смежных секций и предполагает высокую стабильность технологических факторов. Непосредственный - в прямом измерении натяжения полотна в межсекционном промежутке и регулировании его с помощью электропривода секции.
Последние два десятилетия велась дискуссия о целесообразности применения прямого способа измерения и регулирования натяжения бумажного полотна. В это же время многими отечественными организациями - ЕЕИИЭлектропривод, НПО "Союзоргбумпром", ЦЕШИБуммаш, ЦНИИБ, СЗПИ, ЛЭТИ, ЛГИЦБП, Украинским заочным и Львовским политехническими институтами -, а также фирмами Канады, Австрии, США. и Швеции были разработаны системы автоматического регулирования натяжения (САРН) и методы их синтеза, проведены исследования и испытания, созданы опытные и промышленные образцы измерителей натяжения бумажного полотна.
В настоящее время дискуссия приобрела менее острый характер. Этот факт объясняется несколькими новыми обстоятельствами, обосновывающими применение САРН, в дополнение к известным [60,68,69,77, 83,95,108,121]. Первое - возросшие требования к качеству некоторых видов выпускаемой продукции (кабельная бумага, основа-фотоподложка и др.), физико-механические свойства которой существенно зависят от величины натяжения вырабатываемого полотна в различных стадиях его обработки. Установка величины натяжения с достаточной для технологии точностью в большинстве случаев затруднительна по показаниям измерителей соотношения скоростей секций, и поэтому предполагается использование прямых методов контроля датчиками натяжения. Второе - колебания кромок бумажного полотна при высоких скоростях его транспортировки. Одним из методов борьбы с этим нежелательным эффектом является увеличение натяжения полотна, что повышает веро-
ятность его обрыва и тем самым требует применения прямых методов контроля и регулирования натяжения. Последнее, на наш взгляд, обстоятельство - переход на выпуск облегченных видов бумаги пониженной массы I м^. При этом снижаются допустимые пределы изменения натяжения, что вызывает повышенные требования к точности и быстродействию систем автоматического регулирования скоростей секций (САРС) и необходимость создания дополнительного контура регулирования натяжения полотна. Таким образом, выбор способа регулирования натяжения зависит от требований технологического процесса, степени стабилизации технологических факторов и возможностей систем регулирования ЕМ. В связи с этим необходима методика выбора способа регулирования натяжения, т.е. методика обоснования целесообразности САШ в каждом конкретном межсекционном промежутке.
БМ является многосвязным объектом регулирования. При составлении математического описания этого объекта [15,16,109,110,117, 122] проводятся различные допущения и упрощения в описании его структурных элементов. Однако в связи с современными тенденциями в работе БМ (повышение скоростей выработки, уменьшение массы I м2 полотна) необходимо провести обоснование этих допущений и определить границы их применения.
Анализ многосвязного объекта регулирования [ 1,15,21,108,110] показал отрицательное влияние упругих связей секций через бумажное полотно, а также затруднения при синтезе контуров регулирования. Применение методов декомпозиции многосвязных систем к многосвязному объекту регулирования натяжения бумажного полотна позволяет применять методы синтеза одномерных систем к контурам регулирования скорости и натяжения на БМ, и, что особенно важно, устраняет отрицательное влияние связей через полотно, компенсируя упругие колебания секций, а тем самым позволяет увеличить быстродействие систем.
Изменения режима работы БМ (управление уровнем скорости, величиной межсекционного натяжения полотна), а также изготовление на БМ различных сортов бумаги приводят к изменениям процессов деформации бумажного полотна, а тем самым и параметров передаточной функции, описывающей эти процессы в полотне [15,22,25,88,109,117, 122]. При широком диапазоне изменения параметров объекта регулирования замкнутой САРН усложняется синтез регулятора натяжещія вырабатываемого полотна. Выбор компромиссных настроек регулятора не во всех случаях удовлетворяет требованиям точности и качества регулирования в САРН, Поэтому необходим анализ процессов регулирования натяжения в условиях изменения параметров объекта регулирования. В случае невыполнения требований во всем диапазоне изменения координат и параметров системы необходимо синтезировать контур параметрической стабилизации, т,е, создать адаптивную САРН, Создание такой САРН с контуром 'идентификации объекта регулирования стало возможным благодаря значительным успехам теории идентификации систем регулирования [2,50,60,61,63,75,81,82,118,125],
Развитие за последние годы интегральной микроэлектроники сделало возможным разработку рациональных схем функциональных узлов адаптивной САРН и систем компенсации межсекционных связей, обеспечивая высокую надежность их работы.
Вышеизложенное определяет необходимость дальнейшей разработки электроприводов БМ с системами компенсации межсекционных связей, идентификации объекта регулирования САРН и адаптации регулятора натяжения полотна, что составляет актуальность данной диссертационной работы.
Цель работы. Установление закономерностей формирования статических и динамических характеристик автоматизированных взаимосвязанных электроприводов бумагоделательной машины для разработки принципов построения систем регулирования натяжения выра-
батываемого полотна, обеспечивающих повышение эффективности работы электроприводов в условиях как внешних, так и параметрических возмущений.
Идея работы. Обеспечение повышения эффективности работы систем регулирования натяжения вырабатываемого на бумагоделательной машине полотна за счет декомпозиции систем регулирования взаимосвязанных электроприводов и адаптации к изменениям параметров объекта регулирования.
Новые научные положения, защищаемые в диссертации и разработанные лично соискателем.
Способ построения систем компенсации перекрестных связей секций через вырабатываемое полотно, отличающийся тем, что основан на использовании сигнала датчика натяжения для формирования компенсиру
ющихсигналов, подаваемых на входы регуляторов тока систем регулирования скорости смежных секций;Впервые установлено, что необходимым условием подавления изменяющихся по частоте упругих колебаний в системах регулирования при помощи активных режекторных фильтров является автоматическая перестройка частоты режекции фильтра в функции отклонения частоты
упругихколебаний, причем измерение этого отклонения производится методом двух частотных фильтров.Структура системы компенсации транспортного запаздывания натяжения бумажного полотна, отличающаяся тем, что содержит устройства упреждения, дополняющие систему последовательного управления соотношением скоростей секций.
4« Структура адаптивной системы регулирования натяжения вырабатываемого полотна, отличающаяся тем, что содержит самонастраивающуюся модель и устройство идентификации параметров объекта регулирования, формирующее сигнал адаптации регулятора натяжения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Все основные результаты диссертационной работы основаны на аналитических исследованиях. Система допущений, положенная в основу теоретических исследований, является корректной. Теоретической и методической основой работы послужила теория взаимосвязанных электроприводов БМ, изложенная в ряде фундаментальных работ В.Д.Барышникова, А.Д.Шустова, Ю.А.Борцова, Г.Г.Соколовского, В.М.Шестакова, Г.М.Песьякова и др. авторов, а также методы анализа, синтеза и идентификации современных систем автоматизированного электропривода. Научные положения подтверждены результатами экспериментальных исследований. Объем экспериментов по физическому моделированию достаточен, чтобы утверждать, что отклонение результатов не превышает 10$>. Такая точность в данном случае приемлема. Сопоставление результатов аналитических и лабораторных исследований с результатами промышленных испытаний на электроприводах БМ подтверждают правильность и достоверность научных положений и рекомендаций.
Научное значение. Методика определения целесообразности применения системы автоматического регулирования натяжения вырабатываемого полотна в межсекционном промежутке и требований к статическим и динамическим характеристикам такой системы.
Методика определения параметров устройств компенсации перекрестных связей секций по натяжению вырабатываемого полотна, обеспечивающая физическую реализацию этих устройств.
Способ автоматической перестройки частоты режекции управляемого активного режекторного фильтра подавления упругих колебаний при изменении их частоты путем измерения отклонений частоты колебаний с помощью двух дополнительных фильтров и воздействия на управляющее устройство режекторного фильтра.
Методика определения коэффициентов усиления контуров самонастройки системы идентификации объекта регулирования адаптивной САЕН.
Практическое значение. Выделена область применения систем автоматического регулирования натяжения вырабатываемого полотна.
Разработаны устройства компенсации обратных перекрестных связей секций через вырабатываемое полотно и транспортного запаздывания натяжения полотна в секциях ЕМ.
Рассчитаны универсальные зависимости частоты и коэффициентов затухания упругих колебаний от изменений параметров многосвязной системы регулирования скоростей секций.
Разработан автоматически перестраиваемый режекторный фильтр подавления упругих колебаний.
Разработан алгоритм и программа расчета показателей качества регулирования натяжения полотна в замкнутых системах регулирования при изменении параметров объекта регулирования.
Разработана структура идентификации параметров объекта регулирования с самонастраивающейся моделью и адаптивный регулятор натяжения, обеспечивающие оптимальные динамические свойства замкнутой системы регулирования натяжения полотна в условиях широкого диапазона изменения параметров объекта регулирования.
Реализация в промышленности. Основные результаты теоретических и практических исследований разработанных систем компенсации межсекционных связей и регулирования натяжения вырабатываемого полотна использованы при внедрении на электроприводах ЕМ Жидачевского целлюлозно-картонного завода и Житомирской бумажной фабрики, что подтверждается актами внедрения, приведенными в приложениях. Фактический годовой экономический эффект от использования результатов диссертационной работы составляет 44,1 тыс.
рублей.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на объединенном заседании кафедр электропривода и автоматизации промышленных установок и теоретической и общей электротехники Львовского политехнического института, на заседании кафедры электротехники Ленинградского технологического института целлюлозно-бумажной промышленности, на заседании постоянно действующего республиканского семинара "Применение математических методов в междисциплинарных исследованиях и управлении" в 1982 г., на заседании секции "Электромеханические системы с непрерывным управлением" Всесоюзного научно-технического совещания "Проблемы управления промышленными электромеханическими системами" в 1982 г., на научно-технических конференциях преподавательского состава Львовского политехнического института в 1974-1982 гг. и Ленинградского технологического института целлюлозно-бумажной промышленности в I979-I98I гг.
Публикации. По результатам выполненных в работе исследований опубликовано 8 печатных работ.
Главное содержание работы составляют обоснование целесообразности применения замкнутых систем автоматического регулирования натяжения полотна, разработка требований к таким системам, а также разработка способов декомпозиции многосвязных САР электроприводов ЕМ, позволяющих компенсировать транспортное запаздывание натяжения в секциях БМ и межсекционные связи через полотно. Кроме того, определены настройки контуров САРН для различных соотношений постоянных времени объекта регулирования, проведен анализ влияния изменений параметров объекта регулирования на динамику САРН, а также разработана методика синтеза контура идентификации параметров адаптивной САРН. Представлены результаты лабораторных и промышленных испытаний разработанных устройств и систем.
Для наиболее полного представления о сущности проведенных исследований и полученных при этом результатов данная работа построена следующим образом,
В первом разделе на основе анализа отечественных и зарубежных литературных источников установлена зависимость структурных и физико-механических показателей готовой продукции от величины межсекционного натяжения бумажного полотна в межсек-ционном промежутке, а также взаимосвязь постоянства межсекционно-го натяжения и стабильности факторов технологического процесса; На основе анализа сделан вывод о необходимости применения прямых методов контроля и замкнутых систем натяжения бумажного полотна в зависимости от требований к качеству вырабатываемой продукции, точности косвенных методов регулирования натяжения и стабильности факторов технологического процесса. Кроме того, дан анализ существующих систем регулирования натяжения и обоснован выбор трехкон-турной САШ с подчиненными контурами скорости и тока в качестве основной структуры при дальнейших исследованиях. Рассмотрено математическое описание многосвязного электропривода ЕМ и проведена оценка упругих связей секций через бумажное полотно. Определен предмет исследования и сформулированы основные задачи работы.
Второй раздел посвящен обоснованию допущений и упрощений, принимаемых при создании математической модели бумажного полотна. Разработана методика определения целесообразности применения САРН в межсекционном промежутке. Определены требования к точности и быстродействию САРН, а также требования к конструктивным параметрам ЕМ,
В третьем разделе обоснованы принципы декомпозиции мяогосвязных систем регулирования электроприводов ЕМ, разработаны инженерные методики расчета устройств компенсации перекрестных связей через бумажное полотно и транспортного запаздывания
натяжения в секциях ЕМ. Определены факторы, влияющие на изменение частоты и коэффициента демпфирования упругих колебаний в многосвязной системе, получены универсальные зависимости параметров упругих колебаний от вызывающих их изменения факторов. Синтезирован автоматически перестраиваемый режекторный фильтр, компенсирующий эти колебания. Проведен синтез контуров регулирования натяжения полотна при различных соотношениях постоянных времени объекта регулирования и рассмотрены варианты настройки скоростного контура.
Роль автоматического регулирования натяжения полотна в обеспечении его качества и бесперебойной работы БМ
Производство бумаги непрерывным способом относится к наиболее сложным технологическим процессам, В этом процессе тесно взаимосвязаны полотно бумаги, элементы конструкций секций БМ и звенья систем автоматизированного электропривода» Одним из основных условий обеспечения непрерывности процесса производства бумаги на машине и качества готовой продукции является поддержание постоянства межеекционного натяжения полотна, определяемого требованиями технологии.
Механизмы секций БМ осуществляют в непрерывном потоке обработку бумажного полотна (формирование, обезвоживание, прессование, сушку, каландрирование, охлаждение, нанесение покрытий, пропитку, сматывание в рулон и др.), а также транспортировку его вдоль машины. Операции обработки характеризуются факторами технологического процесса, к которым относятся: концентрация бумажной массы, композиция и характеристики ее компонентов, даспергированность бумажной массы, разность между скоростью сетки и скоростью вытекания массы, вакуум отсасывающих устройств, состояние формирующей сетки, прессовых и сушильных сукон, давление прессования и каландрирования, температура пара в сушильных цилиндрах и ее распределение по сушильным группам, температура холодильных цилиндров,натяжение сушильных сукон, качество цропитывающих и покрывающих веществ и т.п, К факторам" технологического процесса относятся также климатические характеристики окружающей среды, такие как влажность и температура воздуха, а также показатели технологической воды. Перечисленные факторы определяют величины уплотнения, разбухания, усадки, вытяжки вырабатываемого полотна, которые называются переменными технологического процесса.
Структурные и физико-механические свойства бумага определяются в основном количественным соотношением составляющих ее компонентов и их качеством. Однако существенное влияние на большинство этих свойств оказывают переменные технологии, которые зависят от величины межсекционного натяжения полотна. Варьируя натяжением, можно изменять в определенных пределах структурные и физико-механические свойства готовой продукции.
Анализ влияния натяжения полотна на качество готовой бумаги проводится в работах, обобщающих теоретические и экспериментальные данные отечественных и зарубежных авторов [40,103,116]. Следует указать, что в нашей работе такой анализ будет проведен при прочих равных условиях изготовления бумаги, т.е. при постоянстве всех технологических факторов.
Механическая прочность бумаги является наиболее важным ее свойством. Один из показателей этого свойства - сопротивление разрыву - стандартизуется для всех без исключения видов бумага и картона. Изучение этого свойства проводится по индикаторным диаграммам, полученным на разрывных машинах и устанавливающим зависимость удлинения образца бумага от приложенного усилия. На рис.1.1 приведены зависимости "усиже-деформация" для образцов бумага, высушенных при различных, но постоянных натяжениях [Пб]. Большим натяжениям во время сушки отвечают индикаторные диаграммы с более крутым подъемом. В результате упругость бумаги становится большей, причем разрывное усилие увеличивается, а разрывное удлинение значительно уменьшается. Из этого следует, что натяжение полотна при сушке изменяет физико-механические свойства готовой продукции. Например, динамический и статический модули упругости для образцов бумаги из сульфитной бумажной целлюлозы, высушенных в натянутом состоянии, изменяются пропорционально усилию, приложенному при сушке (рис.1.2) [Пб].
Объяснение зависимости показателей механической прочности бумаги от натяжения полотна в процессе сушки дает теория усадки [ЮЗ]. При испарении воды из бумажного полотна под действием сил поверхностного натяжения происходит уменьшение длины волокон, а также сближение самих волокон, причем волокна изгибаются, скручиваются и в таком положении фиксируются межволоконными связями. При последующем нагружении бумаги деформируются сначала изгибы волокон, а затем собственно волокна полотна. Поэтому индикаторные диаграммы образцов бумаги, испытавших повышенную усадку, более пологи, а удлинение при разрыве увеличивается. Значительные натяжения при сушке, ограничивая усадку, приводят к выпрямлению изгибов волокон и при нагружении образцов деформацию испытывают только волокна полотна. При этом индикаторные диаграммы имеют более крутой подъем, а разрывное удлинение уменьшается. Очевидно, усадка полотна происходит также в направлении, перпендикулярном к направлению движения полотна. Большее натяжение полотна при сушке способствует большей усадке его в поперечном направлении, разрывное удлинение увеличивается, а разрывное усилив уменьшается, т.е. имеет место эффект, противоположный результату воздействия на свойства бумаги в продольном направлении, что способствует анизотропии прочностных характеристик бумаги.
Определяя степень искривления формы волокон, усадка полотна формирует также остальные показатели механической прочности. Сопротивление продавливанию, излому, раздиранию и надрыву уменьшается с увеличением межсекционного натяжения полотна при сушке [ ЮЗ] При этом наблюдается неоднородность этих свойств в продольном и поперечном направлениях аналогично анизотропии сопротивления разрыву. Растяжимость бумаги (удлинение ее до разрыва) является важнейшим свойством телефонной, мешочной, кабельной и другой бумаги и зависит от степени усадки полотна. Максимальное значение растяжимости бумага получает при обеспечении во время сушки максимальной величины усадки, при этом процесс ведется с поддержанием минимального натяжения полотна в сушильных группах ЕМ. На рис. 1.3 приведены зависимости растяжимости бумаги от величины натяжения при сушке.
Математическая модель полотна с учетом изменений технологических факторов
Деформированное бумажное полотно в зоне скольжения и в прилегающем к ней межсекционном промежутке рассматривается как абсолютно упругий материал. Однако за пределами межсекционного промежутка в технологических зонах БМ, которыми являются зона прижима в прессах и каландрах, а также межлилиндровые промежутки и зона контакта полотна с цилиндрами в сушильных группах, бумажное полотно претерпевает технологические воздействия, вызывающие его значительные необратимые деформации. К необратимым деформациям отно- сятея усушка - уменьшение линейных размеров полотна под действием повышенной температуры сушильных цилиндров, а также вытяжка -увеличение линейных размеров полотна под воздействием обжимающих усилий прессовых или каландровых валов. В данном случае вытяжка рассматривается аналогично пластическим деформациям металла при его обжатии в прокатных станах. Очевидно, вытяжка полотна в каландрах имеет незначительные значения, хотя при больших давлениях каландровых валов становится соизмеримой с упругими удлинениями полотна от растягивающих усилий. В прессовой части вытяжка полотна достигает значительных величин вследствие преобладания пластических свойств бумажного полотна. Этим фактом объясняется, что в мокрой части Ш соотношения скоростей смежных секций принимают существенные значения (2 3%). Этим же объясняется незначительное влияние натяжения бумажного полотна в предыдущем межсекционном промежутке на натяжение его в последующем межсекционном промежутке ;
Кроме необратимых деформаций, в технологических зонах секций происходят также изменения модуля упругости и поперечного сечения обрабатываемого полотна. В сушильных группах при испарении влаги полотно становится прочнее - его модуль упругости возрастает. В прессах и каландрах за счет уплотнения бумаги происходят также увеличение модуля упругости и уменьшение поперечного сечения бумажного полотна. Их изменение, как и проявление необратимых деформаций, происходит также при проклейке, пропитке и нанесении покрытий на полотно. Характерным примером проявления возмущений в технологической зоне является увлажнение полотна после сушильных групп перед его каландрированием. Изменение количества влаги, поступающей на полотно, не вызывает изменений натяжения в увлажняемом межсекционном промежутке. В последующем межсекционном промежутке (за каландром) натяжение полотна изменяется на существенную величину вследствие изменения пластической деформации бумаги в зоне каландрирования. Таким образом, воздействия на бумажное полотно в технологической зоне рассматриваются как изменения удлинения полотна, входящего в данный межсекционный промежуток из предыдущего межсекционного промежутка.
Статический режим деформации бумажного полотна описывается уравнением [91,113,117,124], связывающим удлинение полотна в данном межсекционном промежутке 6i+f с удлинением полотна в предыдущем межсекционном промежутке 6; , величиной необратимой деформации в секции Hfo и скоростями смежных секций ViH и Vi , ограничивающих (1+1)-%. межсекционный промежуток: (f+ i)(f- Hdd / = Зависимость для натяжений бумажного полотна в смежных меж-секционных промежутках получается умножением уравнения (2.9) на величину bi+iS LH : где FiH =&ІН Ei+f StH - натяжение в последующем межсекционном промежутке, /\,=EiHSi+, H с составляющая натяжения, определяемая соотношением скоростей секций и FreM EiHSiH Hgi - составляющая натяжения от необратимых деформаций бумажного полотна в технологической зоне секции. Рассмотрим второй член правой части уравнения (2.10), выд53 ляя в явном виде значение натяжения fj в предыдущем межсекцион-ном промежутке SjCj+fSfa- FLEiHS[H/EiSi Решение полученного выражения проводим графическим способом (рис.2.6) для случая увеличения модуля упругости и поперечного сечения полотна. На рисунке видно, что удлинение полотна б і , транспортируемое из предыдущего промежутка через технологическую зону і -й секции, вызывающую изменение модуля упругости и поперечного сечения от значения /0; до значения Ei+{S[H4 приводит к появлению дополнительного натяжения ггйхн , что иллюстрируется построениями на рис.2.6 и вытекающими из них соотношениями:
Компенсация транспортного запаздывания натяжения бумажного полотна
С другой стороны, с увеличением длины межсекционного промежутка возрастает колебательность и длительность переходных процессов в контурах САРН. Основной показатель колебательности процессов изменения натяжения полотна, вызванных упругой связью секций через вырабатываемое полотно, коэффициент демпфирования 0 .зависит от постоянной времени деформации полотна 7$- . С увеличением длины межсекционного промежутка растет колебательность процессов регулирования (коэффициент демпфирования уменьшается). Требуемое значение длины межсекционного промежутка, обеспечивающее оптимальный процесс регулирования ( Jp = 0,7), можно определить из выражения:
Обычно более важными являются требования к обеспечению максимально допустимого отклонения натяжения полотна. Поэтому требования к минимальной колебательности процессов регулирования обеспечиваются с помощью дополнительных специальных средств коррекции.
Разработка технических требований к САН ставила предварительную задачу обоснования некоторых допущений, принимаемых при построении математической модели бумажного полотна. Результатами решения этой задачи можно считать: 1. Движущееся деформированное бумажное полотно в зоне скольжения и в межсекционном промежутке можно рассматривать как абсолютно упругий материал, 2. Учет инерционных сил в полотне и усилия прижима полотна к цилиндрам сушильными сукнами необходимо производить при определенных физико-механических показателях бумажного полотна и характеристиках технологического процесса, 3. Воздействие технологических факторов на полотно обуслов ливает две составляющие натяжения бумажного полотна: составляющую натяжения от изменения структурных и физико-механических показа телей бумаги и составляющую натяжения от необратимых деформаций полотна в технологических зонах секций. Технические требования к САШ бумажного полотна в межсекционном промежутке БМ можно свести к следующим: 1, Выбор способа регулирования натяжения на основе критерия целесообразности применения САРН в конкретном межсекционном промежутке, 2, Определение требуемых статической точности и быстродействия САРН, обеспечивающих безобрывную работу ЕМ, заданных показателей вырабатываемой продукции и качества переходных процессов в системах регулирования, 3. Выбор ограничения регулятора натяжения из противоречивых требований заданной динагжческой точности поддержания постоянства натяжения полотна и минимального влияния на натяжение в последующих межсекционных промежутках. 4. Разработка требований к длине межсекционного промежутка из условий обеспечения допустимого динамического отклонения натяжения полотна при возмущающих воздействиях и минимума колебательности переходных процессов в САРН. Межсекционные связи секций через полотно вызывают увеличение длительности переходных процессов в многосвязной системе, а также способствуют возникновению в ней упругих колебаний, что приводит к необходимости дополнительного снижения быстродействия локальных САРС. Поэтому предлагается компенсировать указанные связи по натяжению полотна Для обеспечения работоспособности как локальных, так и многосвязной САР, необходимо организовать компенсирующие связи таким образом, чтобы их действие проявлялось лишь при наличии обратных перекрестных связей по натяжению полотна и исчезало при отсутствии напряженного полотна в межсекционных промежутках, т.е. необходимо создать систему с переменной структурой. Вариант наложения компенсирующих связей от датчика натяжения удовлетворяет поставленным требованиям создания структуры с переключающимися связями, так как наличие сигнала на выходе датчика натяжения свидетельствует и о наличии перекрестных связей по натяжению, подлежащих компенсации. Синтез компенсирующих устройств проводится с использованием методов теории инвариантных систем [65,74] При этом создаются компенсирующие контуры, выходные сигналы которых со знаком, противоположным знаку возмущения, подаются к точкам воздействия этих возмущений, чем достигается декомпозиция объекта регулирования многосвязной САР. Возмущающим воздействием в данном случав является натяжение бумажного полотна в межсекционном промежутке, вызывающее моменты натяжения /U? . Представлена нормированная структурная схема многосвязной САР скоростей секций (рис.3.1). Предлагаемые контуры компенсации, включающие датчик натяжения с нормированным коэффициентом переда чи K0H=AUjHFc/ArUtej}c , компенсирующие устройства Мку(р) и замкнутые контуры тока ІЯзхгФ) смежных секций показаны, штриховыми линиями (рис.3.I).
Объект регулирования САРН - звено с переменными параметрами
Параметрическая идентификация состоит в определении параметров системы регулирования при известной ее структуре [2,4,82,118]. Наиболее важные методы идентификации подразделяют на три основные группы: аналитические и компенсационные, градиентные и коградиентные, поисковые и беспоисковые.
Аналитические методы идентификации требуют математического описания входных и выходных сигналов, а также применения вычислительных машин для решения уравнений идентификации. Компенсационные методы, основанные на использовании модели объекта и оптимизирующего устройства, производят идентификацию параметров путем сле -жения за мерой качества функционирования системы. Быстродействие компенсационных методов меньше аналитических, но точность их не зависит от погрешностей вычислений, неточности математического описания и наличия помех.
Градиентные методы идентификации обеспечивают движение к оптимальному значению меры качества по градиенту в сторону его оптимального значения. При этом скорость движения пропорциональна величине градиента ц по настраиваемым параметрам. При неградиент-ннх методах нет необходимости в непрерывном определении компонент градиента Ц ; определяют только направление убывания меры качества. Однако быстродействие и точность этих методов ниже градиентных.
При поисковых методах применяются пробные параметрические колебания. Эти методы не приемлемы, когда нецелесообразно применение пробных параметрических возмущений или их реализация невозможна. Быстродействие и помехозащищенность этих методов невысокие. В без-поисковых методах для идентификации используется входной сигнал объекта,а помехи на входе являются информативными.
Проведенный краткий анализ методов идентификации позволяет сделать вывод о целесообразности применения для идентификации изменяющихся параметров САРН беспоисковых компенсационных градиентных методов.
Кроме выбора метода идентификации, необходимо определить структуру контура идентификации, а также решить вопрос использования результатов идентификации в целях адаптации системы к параметрическим возмущениям.
Структуры адаптивных систем, характеризующиеся различными способами идентификации параметров системы и адаптации к их изменению, приведены в виде таблицы (рис.4.4). Анализ основных свойств этих структур приведен в работе [118]. Структуры с адаптацией внутри идентифицируемой части системы (первая строка таблицы) обладают низкой чувствительностью к помехам. Однако в таких структурах процессы адаптации существенно влияют на качество процессов идентификации, а при быстрых изменениях параметров объекта обеспечение устойчивости процессов идентификации затруднительно. Кроме того, входным сигналом системы идентификации в данной структуре является напряжение задания на натяжение, которое неинформативно при градиентных методах идентификации. Определение параметров замкнутой системы при адаптации вне идентифицируемой ее части (первый столбец, вторая строка) применяется преимущественно для систем с внешним возмущением по каналу задания - в следящих адаптивных системах. Принимая во внимание недостатки вышерассмотрен-ных структур и учитывая абсолютную устойчивость разомкнутых структур адаптации для адаптивных САРН целесообразным является приме нение структур с определением параметров разомкнутой системы и адаптацией вне идентифицируемой ее части (второй столбец, вторая строка), т.е. идентификация объекта регулирования САРН с последующей выработкой сигнала адаптации на регулятор натяжения.
Компенсационный метод идентификации предполагает использование модели объекта регулирования. При этом эталонная модель применяется при незначительных отклонениях параметров, а самонастраивающаяся модель - в случав широкого диапазона изменения параметров объекта регулирования [4,61,85]. Модель с перестраиваемыми параметрами включается параллельно объекту регулирования САРН (рис.4.5). Входным сигналом является разность скоростей смежных секций Л ))(р) . Передаточная функция модели выбирается идентичной передаточной функции объекта регулирования САРН: Передаточную функцию модели необходимо преобразовать к виду,удобному для реализации перестраиваемости ее параметров:
Согласно (4.6) модель состоит из последовательного соединения усилительного звена с перестраиваемым коэффициентом усиления и апериодического звена с последовательно включенными интегратором и усилительным звеном, охваченными единичной обратной связью (рис.4.5). Для решения задачи определения параметров объекта регулирования применяем градиентный метод идентификации - метод вспомогательного оператора, заключающийся в использовании специальных вспомогательных операторов для получения частных производных по настраиваемым параметрам от сигнала рассогласования выходов объекта и модели 6F(p)=r0}jo)-/M (р) [4,33,82].
