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1、中南大学运动控制课程设计与综合实验报告设计题目：四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统设计专业班级：自动化1106 班学生姓名：刘帅伟指导教师：周成训- 2 -目录第一章：绪论11.1 四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统生产流程以及控制设计要求11.2 四辊压延机及开卷机的技术特点和发展现状2第二章：四辊开卷机直流调速系统方案选择32.1 直流调速原理32.2 开环直流调速系统32.3 转速负反馈直流调速系统42.4 带电流截止负反馈的直流调速系统62.5 双闭环直流调速系统7第三章：双闭环直流调速系统结构及各功能模块概述113.1双闭环直流可逆电力拖动系统概述113.2 各功能模块概述1
2、23.2.1 速度调节单元123.2.2 电流调节器133.2.3 电流反馈与过流保护143.2.4 速度反馈与系数整定153.2.5 逻辑控制单元163.2.6 零速封锁单元193.2.7 给定积分单元19第四章：恒张力控制系统的设计204.1 卷曲开卷冲动张力控制系统204.1.1 张力控制系统的一般工作原理204.1.2 间接张力控制和直接张力控制224.1.3 轧机卷取机张力控制系统的应用实例23第五章：双闭环调速系统的常规工程设计275.1设计准备275.2电流调节器的设计285.3转速调节器的设计30第六章：逻辑无环流直流调速系统的调试346.1系统实验调试概述346.2触发器的整
3、定356.3系统开环运行及特性测试356.4系统各单元的调试与参数整定376.5小结42第七章：设计心得与总结43参考文献44第一章：绪论1.1 四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统生产流程以及控制设计要求 四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统的设计压延生产线主要是生产飞机轮胎生产线，四辊压延机是飞机轮胎生产家最关键的生产设（一）生产工艺流程及控制要求1、生产工艺流程：帘布放布机-接头硫化机-前三辊电机-贮步架-前四辊电机-干燥机-辊辊压延主机-（主机1和主机2）-后四辊电机-2台卷取机-仓库2、控制要求：（1）在压延前，必须给干燥辊加热6080（使帘布烘干水分），给主辊加热至70左右（不
4、至于橡胶冷却硬化）。（2）所有的直流电机可单动也可联动，并均要求电枢可逆。（3）联动时，前四主机和后四主机不允许单动，而前三机可单独停（便于帘布的硫化接头，因有贮布架，也不影响后面的正常工作），卷取机也可单独停（便于2台卷取机换卷）。（4）两台延压主机必须同时起、停或加减速，且控制要求和技术指标完全相同。（5）前张力区的张力（最大为1000kg)通过前四电机来控制，后张力区的张力（1500kg）由后四电机来控制。（6）在给定压延张力情况下，其压延速度由操作人员通过改变主机速度来达到。压延速度前张力通过控制器使前四电机升速使前张力维持不变；同理后张力使后四电机升速后张力维持不变。从而在联动时使主
5、机前后电机的速度达到协调。（7）前四辊（开卷机）电动机工作情况：当给定张力小于ZL1所检测的实际张力时，电动机做电动运行，当给定张力大于实际张力时，电动机做发电运行，当实际张力小于150kg时，系统为电流、速度环结构，当给定张力不小于150kg时，系统自动转入电流、张力环结构；断带时，实际张力为0，则自动转到电流、速度环双闭环结构。（二）设计要求：稳态无静差：i5%，空载起动至额定转速的超调量n%10%，张力超调量10%。（三）前四辊直流电动机参数：Pnom=17kw，Unom=220v，Inom=92A，nnom=1500r /min,Ra=0.15,GD2=10.5N.M2,R=0.28,
6、允许电流过载倍数=1.21.2 四辊压延机及开卷机的技术特点和发展现状压延机在橡胶工业中主要用于织物的贴胶、钢丝帘布的贴胶、胶料的压片、胶坯压型、贴隔离胶片及多层胶片贴合等。压延机具有效率高、精度高等特点。其中Z型辊筒排列合理，能减少辊筒的弹性变形，便于供料，因此应用较广。压延机的工作原理：压延工艺的必要工作条件之一：胶料与辊筒的摩擦角必须大于接触角，胶料才会被拉入辊距中去。四辊压延机在压延工作的过程中，辊筒是在一定的速比下工作的，使胶料进一步捏合及增加可塑度，最后通过最小辊距，被压延成具有一定的厚度和宽度的胶片；在辊筒挤压力的作用下，把胶片挤压在纺织物或钢丝帘布上。有的需压成一定花纹和形状，
7、有的需要将多层不同用途、颜色、及形状的胶片联合在一起。压延机分两种：1 .普通压延机：国内广泛使用的是普通四辊压延机是6101730型四辊压延机。2.精密压延机：除了具备普通压延机的主要零部件外，还采用了一系列提高压延机精度、压延机速度及方便操作的措施。主要有：斜型、S型（7001800）、Z型。中国四辊压延机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 从什么角度分析中国四辊
8、压延机产业的发展状况？以什么方式评价中国四辊压延机产业的发展程度？中国四辊压延机产业的发展定位和前景是什么？中国四辊压延机产业发展与当前经济热点问题关联度如何诸如此类，都是四辊压延机产业发展必须面对和解决的问题中国四辊压延机产业发展已到了岔口；中国四辊压延机产业生产企业急需选择发展方向。开卷机是金属板材校平的专用设备,用于校平线钢板、不平整板可根据相关配置组成开卷、校平、剪切生产线和其它板材制品生产线。适用于机械、车辆、金属制品家用电器、钢构、装饰等行业。第二章：四辊开卷机直流调速系统方案选择2.1 直流调速原理根据直流电机转速方程： (2-1)式中 转速（r/min）； 电枢电压（V）； 电
9、枢电流（A）； 电枢回路总电阻（ W ）； 励磁磁通（Wb）； 由电机结构决定的电动势常数。由式(2-1)可以看出，电动机有三种调节转速的方法： (1)、调节电枢供电电压 U； (2)、减弱励磁磁通 F； (3)、改变电枢回路电阻 R。三种调速方法的性能比较对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。直流调速系统的控制方案比较常用的有开环控制、转速负反馈闭环控制和双闭环控制。2.2
10、 开环直流调速系统系统原理图如图2-2-1所示。 图2-2-1 开环控制直流调速系统（V-M系统）图2-2-1中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。这里对晶闸管可控整流器的移相控制是关键。锯齿波同步移相触发电路将在第三章介绍。其整流原理为三相桥式全控整流，基本原理见下图2-2-2。通过改变触发角从而改变Ud以进行调速。 图2-2-2 三相桥式全控整流电路由图2-1-1 所示是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调
11、速，可以找到一些用途。 但是，龙门刨床常常对静差率有一定的要求。由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小有波动，但是，为了保证工件的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度必须是基本稳定，也就是说静差率不能太大。又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电机拖动，钢材在几个架内连续轧制，要求各机架出口速度保持严格比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材起拱或拉断。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。2.3 转速负反馈直流调速系统为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采
12、用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。转速单闭环系统原理图如下图2-3-1： 图2-3-1转速单闭环系统原理图 图2-3-2转速单闭环系统结构框图由上述系统结构框图可以得到转速负反馈闭环直流调速系统的静差率特性方程：n=KpKsUn*/(Ce(1+K)-RId/(Ce(1+K); K=Kp*Ks*a/Ce；式中：Kp放大器的电压放大系数;Ks电力电子变换器的电压放大系数;转速反馈系数Un*给定电压 如果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性方程为： n=KpKsUn*/Ce-RId/Ce；则：开环系统和闭环系统的转速降落分别设为
13、nop，ncl nop=RId/Ce; ncl=RId/(Ce(1+K)由此可以得出闭环系统和开环系统的静差率之比为：scl=sop/(1+K); 即闭环系统的静差率要比开环小的多，当K趋于无穷大时，闭环系统的静差率接近于0，但不为0。调速范围：Dcl=Nn*s/( Ncl*(1-s)；Nn为电动机的额定转速即最大转速；可见经过适当调节Kp、Ks，可以使系统的特性更硬，调速范围更宽。 上述控制速度的控制器单一采用P控制,P=R1/R0，可以提高系统的响应速率，减小系统的静差率，与开环系统相比，要比开环系统的静差率小的多。如果要想消除静差则可以采用PI调节器，PI调节器对快速性的要求可以差一些，
14、而在随动系统中，快速性是主要要求，须采用PD或者PID控制器。 图2-3-3 PI(比例-积分)调节器2.4 带电流截止负反馈的直流调速系统直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压Un= Un*，差不多是其稳态工作值的1+K倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压Ud一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。 另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况，例如，由于故障使机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。 为了解决反馈闭环
