李 茜，趙 丹，孟彥京

（陜西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，西安 710021）

0 引言

再復(fù)卷機用于對已復(fù)卷的50g/m2～120g/m2的不合格成品紙進行再次分切復(fù)卷，復(fù)卷成寬度緊度符合要求的成品紙卷，在復(fù)卷過程中還可以除去質(zhì)量不好的紙張，粘結(jié)斷頭。再復(fù)卷機不同于普通復(fù)卷機的是它的退紙架上有左右兩臺電機共同驅(qū)動退卷紙芯，對于再復(fù)卷機退紙架電機的控制精度直接影響退卷紙幅的張力控制精度，而退卷張力控制的穩(wěn)定與否又與成品紙卷形態(tài)的優(yōu)劣緊密相關(guān)。因此，必須為再復(fù)卷機退紙架電機選擇正確的控制策略，實現(xiàn)退卷紙幅張力的精確控制。

1 再復(fù)卷機工作原理

河南濮陽龍豐紙業(yè)有限公司2014年下引紙再復(fù)卷機項目中使用的在復(fù)卷機退紙架如圖1所示。

圖1 再復(fù)卷機退紙架

如圖1所示，再復(fù)卷機是把把不合格卷筒紙放在液壓無軸退紙架上，退紙架左右兩邊各配有交流變頻電機、光電編碼器及張力傳感器以保持紙幅有均勻的張力，并在斷紙時能使紙幅快速制動。紙幅由放紙卷引出，通過上遞紙裝置和導(dǎo)紙輥裝置，經(jīng)過弧形輥舒展后，通過縱切系統(tǒng)進行縱切，再經(jīng)過弧形輥和遞紙裝置，繞過后支承輥而纏卷在卷紙筒上，卷紙筒依靠兩個支承輥的驅(qū)動而運轉(zhuǎn)，從而牽動整個紙頁前進。

2 再復(fù)卷機退紙電機控制要求

再復(fù)卷機是重新復(fù)卷已經(jīng)復(fù)卷過得紙卷，在復(fù)卷過程中，紙幅也是從退紙卷上引出，繞過導(dǎo)紙輥、舒展輥，通過固定位置的縱切機構(gòu)，從機臺下面送人紙幅使其繞過后底輥，然后卷在卷紙軸上，如圖2所示。但由于復(fù)卷機沒有退紙輥，它是通過退紙架上左右兩端的電機共同驅(qū)動一個退紙紙芯，而紙芯比較柔，在高速運行性，就對兩端電機的控制提出了進一步的要求。再復(fù)卷機運行時，必須保證兩電機同步運行，因此對于再復(fù)卷機退紙電機的控制要求就是如何保證兩臺電機能夠穩(wěn)定同步運行。

圖2 再復(fù)卷機結(jié)構(gòu)示意圖

3 再復(fù)卷機退紙電機同步控制方式

實現(xiàn)多電機同步控制，通常有兩種方式：一是機械方式，二是電方式。機械方式采用鏈條、齒輪等剛性連接來實現(xiàn)多電機同步控制。電控制由于具有控制精度高，靈活性好的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用，電控制一般包括主從控制、并行控制、交叉耦合控制、偏差耦合控制等控制方式。但由于本項目中，只有兩臺電機同步控制，而偏差耦合控制是在交叉耦合控制的基礎(chǔ)上研究出的適用于三臺及以上電機同步控制的方法，因此在本文中不做說明。

3.1 主-從控制

主/從控制仿真模型如圖3所示。第一臺電機作為主電機，控制器將設(shè)定轉(zhuǎn)速送入主電機，主電機的輸出信號作為下一臺電機的輸入信號。由此可知這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，第一臺電機只能作為主電機，后一臺電機只能作為從電機，因而中間的電機既是主電機也是從電機，當(dāng)然，在本項目中只有兩臺電機，一個主電機，一個從電機。

圖3 主從控制仿真模型

在Matlab7.0中對主/從控制原理圖進行負載突增的仿真實驗，兩臺電機給定轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500rad/min，仿真時間為2s。得到的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 主從控制轉(zhuǎn)速跟隨曲線

從圖中可以看到，從電機從0s得電到0.3s兩臺電機速度趨于穩(wěn)定同步，設(shè)定在0.4s時刻給電機增加負載，兩臺電機的轉(zhuǎn)矩增加并出現(xiàn)波動，而轉(zhuǎn)速也降低，直至0.6s兩臺電機的速度和轉(zhuǎn)矩才趨于同步穩(wěn)定，受負載擾動影響時間為0.2s。

3.2 并行控制

并行控制結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，其仿真模型如圖5所示。并行控制中兩臺電機共同擁有一個輸入信號，兩臺電機的控制系統(tǒng)之時相互獨立。當(dāng)某一電機受擾動影響時，其自身轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)會發(fā)生改變，由于這兩臺電機的系統(tǒng)之時沒有耦合，故其中任意一臺電機運行狀態(tài)發(fā)生改變，其他電機因無反饋信息而保持自身運行狀態(tài)不變，可能會造成比較嚴重的電機時失步。如果兩臺電機在運行過程中沒有任何擾動，則整個系統(tǒng)的同步性能會比較好，但在實際應(yīng)用中，這種情況基本是不存在的。

圖5 并行控制仿真模型

在Matlab7.0中對并行控制原理圖進行負載突增的仿真實驗，為了便于觀察兩電機的速度趨于穩(wěn)定性，我們將電機1的速度增益設(shè)置的與電機2的不同，仿真時間為2s。得到的仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 并行控制轉(zhuǎn)速跟隨曲線

由圖中可以看出，兩電機在0.2s時速度、轉(zhuǎn)矩趨于穩(wěn)定，而在0.4s給定負載后，兩電機的轉(zhuǎn)速均有波動，波動延續(xù)到0.53s停止，兩電機的轉(zhuǎn)速趨于同步穩(wěn)定，受負載擾動影響時間為0.13s。并行控制由于各個電機時沒有反饋信號互相傳遞，整個系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，當(dāng)受到負載擾動后，兩電機轉(zhuǎn)速各自發(fā)生波動，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 交叉耦合控制

交叉耦合控制仿真模型如圖7所示。電機之間沒有主次之分，同時電機之間形成耦合。每臺電機加入速度補償器，當(dāng)一臺電機速度發(fā)生改變時，另外一臺電機能快速的對電機的同步誤差進行補償，因此具有較強的抗擾動能力和較高的控制精度。但是交叉耦合控制結(jié)構(gòu)不適用于三臺及三臺以上的電機。

圖7 交叉耦合控制仿真模型

在Matlab7.0中對并行控制原理圖進行負載突增的仿真實驗，為了便于觀察兩電機的速度趨于穩(wěn)定性，我們將電機1的速度增益設(shè)置的與電機2的不同，仿真時間為2s。得到的仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 交叉耦合控制轉(zhuǎn)速跟隨曲線

由圖中可以看出，兩電機在0.2s時速度、轉(zhuǎn)矩趨于穩(wěn)定，而在0.4s給定負載后，兩電機的轉(zhuǎn)速均有波動，波動延續(xù)到0.53s停止，兩電機的轉(zhuǎn)速趨于同步穩(wěn)定，受負載擾動影響時間為0.13s。

4 結(jié)束語

從以上分析我們可以看出，當(dāng)整個電機控制系統(tǒng)空載啟動時，并行控制與偏差耦合控制的同步控制性能比主從控制要優(yōu)越。但在發(fā)生負載擾動后，主從控制中從電機根據(jù)主電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)速很快發(fā)生跟隨，達到了一定的同步控制性能，但如果從電機發(fā)生負載突變，主電機卻無法接收到從電機的轉(zhuǎn)速反饋信號，則會產(chǎn)生電機失步的現(xiàn)象。并行控制由于各個電機時沒有反饋信號互相傳遞，整個系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，當(dāng)受到負載擾動后，兩電機轉(zhuǎn)速各自發(fā)生波動，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)。 交叉耦合控制電機均有反饋信號傳遞，整個系統(tǒng)處于閉環(huán)狀態(tài)，任意電機狀態(tài)的改變都會影響到其余電機的狀態(tài)，能夠時刻保持電機的同步性。因此在河南濮陽龍豐紙業(yè)有限公司2014年下引紙再復(fù)卷機項目中，我們結(jié)合以上考慮并聯(lián)系現(xiàn)場實際成本和實際運行穩(wěn)定性問題，我們退紙輥電機的控制方式選擇主從控制。

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