一种行星差动延伸率控制方法
【专利摘要】本发明公开一种行星差动延伸率控制方法，是对于采用行星差动延伸率控制的拉矫机组，当生产参数处于动态调节时，稳定带钢实际延伸率ε和带钢张力的控制方法。其核心控制目标是：当带钢速度基准设定值变化时，或者是当为了改变任意相邻张力辊之间的张力大小，调节各差动电机速度时，均可自动匹配入出口四支张力辊的速度设定值，保持实际延伸率ε不变，并保证相邻张力辊之间的张力分配关系不变；当延伸率ε改变时，自动匹配入出口四支张力辊的速度设定值，确保实际延伸率ε随着设定延伸率ε变化而变化，同时还保证相邻张力辊之间的张力分配关系不变。当操作人员调节某个参数时，自动匹配各个速度设定值，保持其它参数不变，方便操作人员操作。
【专利说明】一种行星差动延伸率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种行星差动延伸率控制方法，具体为一种带钢拉弯矫直机中，驱动 入、出口张力辊组的行星差动齿轮的控制方法，属冶金行业冶金机械【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 冶金行业中，针对板型有缺陷带钢的处理方法，主要是通过拉弯矫直机，将有缺陷 带钢引入入口张力辊组，再由出口张力辊组拉出，通过入、出口长张力辊组的拉弯矫直作 用，达到修复带钢缺陷效果。生产过程中，带钢的延伸率ε控制是最重要的工艺控制指 标，传统的在工程中有大量应用的控制方式是：采用独立的传动控制方式，即入口、出口共 4个（Rp馬二个为入口张力辊组，R 3、R4为出口张力辊组）张力辊分别由4套齿轮箱和4台 变频电机分别控制其辊速，当需要改变延伸率时，改变入口张力辊组中的R 2辊和出口张力 辊组中的馬辊之间的速度关系即可。该种控制方式因齿轮传动比不高，导致控制精度较 低。比如当主电机转速为1500rpm，对应的带钢线速度为30m/min，当实际要求生产速度 为30m/min，延伸率需改变0. 2%时，主电机速度只需改变3rmp即可，相对速比变化率仅为 (3/1500)*100%=0. 2%，这对于变频器及传动系统提出了相当高的精度控制要求，因此难于 适应生产板型要求高的高质量产品。
[0003] 中国实用新型专利《机械压力机双电机驱动差动轮系传动系统》（申请号： 200720092260. 1)公开的双电机驱动差动轮系传动系统，是由二台驱动电机分别接入一个 差动轮系的太阳轮及中心轮，该差动轮系后面串联有另一个差动轮系，再与需要做功的曲 柄滑块机构串联。其目的是使滑块在锻冲及进给或回程工作阶段具有高低二种不同的工作 速度。从原理上讲，调节第二电机转速，即可调节太阳轮转速，进而可调节滑块进给或回程 (较高速度段)时的速度，但该种控制方式仅给出了单一的目标(滑块)控制方式，并未述及对 二个以上控制目标的联动速差精确控制内容。
[0004] 为了提高延伸率的控制精度，入出口张力辊组中每个辊子的驱动也有采用行星差 动齿轮组装置，参见附图1?3。附图1是行星差动齿轮系示意图，图中行星差动齿轮系由 太阳轮2,差动轮5,行星环3和行星轮1. 1、行星轮1. 2、行星轮1. 3组成。其中太阳轮2与 主传动轴相连接，太阳轮输出速度n2为主轴速度。差动轮5与差动轴相连接，输出速度η为 差动轴速度。行星环3连接差动轮5和三个行星轮（1. 1、1. 2、1. 3)，并将差动轮速度η传递 给行星轮。当将三个行星轮（I. 1、1. 2、1. 3)连接为一体时，则一体化的行星轮输出速度为行 星轴速度H4，因此，图1所示的行星轴速度（行星差动齿轮速度）H 4 =(主轴速度）?+(差 动轴速度）η。
[0005] 利用行星差动齿轮系组成的延伸率控制系统如图2和图3所示，该系统主要由入 口张力辊组（R 1、R2 )、拉弯矫直机、出口张力辊组（R3、R4)组成。其中入出口四支张力辊由 一台主传动电机M和四套行星差动齿轮组组成（图3)，主传动电机M驱动主轴6,主轴6与 分别与各行星差动齿轮组中的太阳轮相连接，四台差动电机^ 1^2^3^4)分别驱动各行星 差动齿轮组中的差动轴，各差动轴分别同各差动轮相连接，各行星差动齿轮组中的一体化 行星轮的输出驱动各张力辊，带动张力辊旋转，图3中，各个太阳轮速度由一台主传动电机 M驱动的主轴速度决定，因此各个太阳轮速度不能独立调节，但各个差动电机驱动各自的差 动轴，所以各个差动轴速度可以分别独立调节。
[0006] 利用图3所示系统，可对外观有缺陷的钢带，通过一系列辊道进行弯曲、拉伸等工 序来得到外观平整无缺陷的钢带。通过对图3所示系统中四台差动电机及主传动电机的动 态精确控制，可实现带钢的延伸率高精度控制。图3所示拉矫机组包括：入口张力辊组R 1 和R2、拉弯矫直机、出口张力辊组馬和R 4;所述入出口四支张力辊（R R 4)由一台主传动 电机M和四套行星差动齿轮组组成，主传动电机M驱动主轴，主轴通过齿轮分别与各行星差 动齿轮组中的太阳轮相连接，四台差动电机(Mi?M 4)分别驱动四个差动轴，所述差动轴分 别与各行星差动齿轮组中的差动轮相连接，各行星差动齿轮组中的一体化行星轮的输出端 分别驱动四支张力辊旋转；四个行星差动齿轮组中的各个太阳轮速度由主传动电机驱动的 主轴速度决定，各个太阳轮速度不能独立调节，而各个差动电机驱动各自的差动轴，所以各 个差动轴速度可以独立调节。本系统在生产过程中的工艺参数需要动态调节，达到带钢实 际延伸率ε和带钢张力稳定效果，然而现有的公知技术或公开文献中，并未见针对该系统 可行的稳定带钢实际延伸率ε以及带钢张力的自适应控制方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对【背景技术】提出问题，设计一种行星差动延伸率控制方法，是 针对【背景技术】（图3)所示系统的稳定带钢实际延伸率ε和带钢张力控制方法，所述方法的 核心控制目标是：当带钢速度基准设定值变化时，或者是当为了改变任意相邻张力辊之间 的张力大小，调节各差动电机速度时，均可自动匹配入出口四支张力辊的速度设定值，让实 际延伸率ε保持不变，同时保证相邻张力辊之间的张力分配关系不变；当延伸率ε设定值 改变时，可自动匹配入出口四支张力辊的速度设定值，确保实际延伸率ε随着设定延伸率 ε的变化而变化，同时还要保证相邻张力辊之间的张力分配关系不变。当操作人员调节参 数时，自动匹配各个速度设定值，保持其它参数不变，方便操作人员操作。
[0008] 本发明的技术方案是：一种行星差动延伸率控制方法，是对于采用行星差动延伸 率控制的拉矫机组，当生产参数处于动态调节时，稳定带钢实际延伸率ε和带钢张力的控 制方法；所述采用行星差动延伸率控制的拉矫机组包括二支入口张力辊组、拉弯矫直机、二 支出口张力辊组；有一台主传动电机通过主轴与齿轮分别驱动各行星差动齿轮组中的太阳 轮，还有四台差动电机分别驱动各行星差动齿轮组中的差动轮，各行星差动齿轮组中的一 体化行星轮的输出端分别驱动四支张力辊； 设定： 主轴与四个太阳轮之间的传动比为izi、各太阳轮主轴线速度为vziα=ι?4); 四台差动电机分别驱动四个差动轴，四个差动轴与各自差动轮之间的传动比为。、四 个差动轴线速度为Vcd α=ι?4); 四个张力辊（&?R4)的辊径分别为Di?D4; 各个行星轴线速度分别为V 4; 带钢速度设定值为Vs; 主轴和差动轴速度分配系数为K ; 入出口张力辊组之间速度延伸率为ε
【权利要求】
1. 一种行星差动延伸率控制方法，是对于采用行星差动延伸率控制的拉矫机组，当生 产参数处于动态调节时，稳定带钢实际延伸率e和带钢张力的控制方法；所述采用行星差 动延伸率控制的拉矫机组包括二支入口张力辊组、拉弯矫直机、二支出口张力辊组；有一台 主传动电机通过主轴与齿轮分别驱动各行星差动齿轮组中的太阳轮，还有四台差动电机分 别驱动各行星差动齿轮组中的差动轮，各行星差动齿轮组中的一体化行星轮的输出端分别 驱动四支张力辊； 设定： 主轴与四个太阳轮之间的传动比为izi、各太阳轮主轴线速度为vzi (i=l?4); 四台差动电机分别驱动四个差动轴，四个差动轴与各自差动轮之间的传动比为U，四 个差动轴线速度为(i=l?4); 四个张力辊（&?R4)的辊径分别为Di?D4; 各个行星轴线速度分别为V 4; 带钢速度设定值为Vs; 主轴和差动轴速度分配系数为K; 入出口张力辊组之间速度延伸率为e，e={(V3_V2)/V2} X 100%; 入出口张力辊组之间张力调节系数为F; 入口张力辊组之间张力调节系数为F1; 出口张力辊组之间张力调节系数为F2; 定义张力辊R2作为主速度辊，所述主速度辊线速度为V2，其余张力辊（&、R3、R4)是从 速度辊； 其特征在于：分别设置1#?6#算法模块，还有7#赋值模块，其中：1#算法模块是主轴 和差动轴速度分配算法模块、2#算法模块是主轴线速度算法模块、3#算法模块是差动轴线 速度算法模块、4#算法模块是入口张力辊组之间张力调节系数算法模块、5#算法模块是出 口张力辊组之间张力调节系数算法模块、6#算法模块是入出口张力辊组之间张力调节系数 算法模块、7#赋值模块是参数初始化赋值模块；稳定带钢实际延伸率e和带钢张力的控制 方法如下： 分解主轴设定线速度和差动轴设定线速度，由1#算法模块计算主轴和差动轴速度分 配系数K，设定K=VJ (Vze+Vj，Ve2=VsXK，式中：是差动轴线速度，Vze是主轴线速度，所计 算的K值及Ve3值是主速度辊的速度基准设定值，也是行星差动齿轮组延伸率系统的速度基 准值； 由2#算法模块计算驱动各太阳轮的主轴线速度，主速度辊馬的主轴线速度计算公式 为Vz2=VsX(1-K);将其它从速度辊的太阳轮速度都折算到主轴，并以主速度辊（R2)为基准， 计算公式为： Vzl=Vz2X(iz2/izl)X(J)^),Vz3=Vz2X(iz2/iz3)X(D3/D2),Vz4=Vz2Xajijx(D4/D2)； 其作用是考虑到模块的适用性，所以模块参数采用形参方式，同时考虑到长时间生产 后，各个张力辊需要对辊面进行修磨，经过修模后会造成各个辊的实际辊径不同，这会造成 各个行星轴输出的辊面线速度偏差，通过此计算模块可以修正这些偏差； 由3#算法模块计算每支辊子的差动轴线速度，其中主速度辊R2的差动轴线速度如第 ⑴步所述，其余各辊差动轴线速度计算公式为(i=l，3,4); 其作用是计算各个差动轴的速度设定值，达到系统延伸率控制的要求； 由4#算法模块计算入口张力辊组之间张力调节系数h和张力辊Ri行星轴线速度V1; 当V2为定值且调节Vcl值时，Ffd+Vj/V2,VUVy 当L值停止调节时，保存此时刻的F:值，此时Vi=V2XF1; 其作用是通过改变张力辊&与张力辊1之间的速度比率关系，通过这种手段 控制它们之间的带钢张力大小，当Fi增加时，它们之间带钢张力减少；当Fi减少时，它们之 间带钢张力增加，在保证速度V2不变的前提下，通过调节V值的大小来实现Fi值的增减； 由5#算法模块计算出口张力辊组之间张力调节系数&和张力辊R4行星轴线速度V4; 当调节Vc4值时，F2= (Vz4+Vj/V3,V4=Vz4+Vc4; 当L值停止调节时，保存此时刻的F2值，此时V4=V3XF2; 其作用是通过改变张力辊R3与张力辊1?4之间的速度比率关系V4=V3XF2，通过这种手段 控制它们之间的带钢张力大小，当F2增加时，它们之间带钢张力增加；当F2减少时，它们之 间带钢张力减少，在保证速度V3不变的前提下，通过调节V。4值的大小来实现F2值的增减； 由6#算法模块计算入出口张力辊组之间张力调节系数F和张力辊R3行星轴线速度V3; 当调节Vc2值时，F=(Vz3+Vc3)/V2;V3=\3+\3,V2=Vz2+Vc2; 当火3值停止调节时，保存此时刻的F值，此时V3=V2XFX(1+e); 当控制方式为延伸率控制方式时F=1 ; 当控制方式为张力控制方式时e=0 ; 其作用是通过改变张力辊馬与张力辊R3之间的速度比率关系，V3=V2XFX(1+e)，其中V2=VS，通过这种手段控制它们之间的带钢张力大小；当F增加时， 张力辊馬与张力辊R3之间的带钢张力增加；当F减少时，张力辊R2与张力辊R3之间的带 钢张力减少；在保证速度V3不变的前提下，通过调节V。3值的大小来实现F值的增减； 由7#赋值模块对各计算参数进行初始化赋值；其中入出口张力辊组之间速度延伸率e的初始值为〇,入出口张力辊组之间张力调节系数F、入口张力辊组之间张力调节系数匕 和出口张力辊组之间张力调节系数F2的初始值均为1 ; 其作用是将相关参数初始化到一个合理值，用于程序第一次执行或者由于人员误操作 后，关键参数快速恢复到一个缺省值。
【文档编号】F16H48/06GK104475490SQ201410697906
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】肖海健 申请人:中冶连铸技术工程有限责任公司