前言在线磨辊的辊型主要受磨头转速和横移速度的影响，在磨头转速一定的条件下，就取决于横移速 度。因此，为了提高辊型精度，必须精确控制模移速度。横移电机为Ｚ３一引型直流电机，利用微 机来进行开停、正反转、加减速、匀速等控制。此外，由于运行时的机械摩擦使运行不平稳，常常 出现颤动和“爬行”现象，故低速控制稳定性较差。对此，本研究采用微机和变Ｔ测速法，以及带 参数预报的ＰＩ速度调速器来对横移电机的速度进行闭环控制，大大提高了低速控制的精度和稳定 性。如图１，２所示。１直流电机微机控制原理直流电机是数控技术发展以来使用较为广泛的一种 轴角驱动器件。改变控制电机电枢电压就能很方便地实现速度调节。直流电动机的速度控制程序通 常包括升速、降速、恒速等内容，因实际工作不同而异，往往比较复杂，用硬件组合逻辑电路是难 以实现的。运用微机控制其速度，灵活而方便。直流电机微机控制系统形式之一为闭环控制。闭环 控制系统是被控对象的输出量能作用到控制部分的输人端、信号的传递形成一个闭合环路的系统， 又称反馈控制系统。输人量与反馈量之差即为偏差量，偏差量加到控制器上，其作用是使系统的偏 差减小或消除，使系统的输出量接近或等于给定值（见图１所示）。图２中采用光码盘的变Ｔ测速 法对被控参数转速进行控测，然后引到系统的输人端与给定值进行比较，一旦发现输出转速波动， 则调节电枢电压使电机转速得到稳定。信号检测与控制器是控制系统中两个关键部分，它影响着控 制系统的控制质量。用计算机代替控制器，就可以构成最基本的控制系统。为使计算机处理的数字 信号与执行机构处理的模拟信号能够协调起来，系统中必须加人两种变换器ｌ‘’，即检测装置检 测到的模拟信号转换成数字信号的转换器和将数字控制器输出的数字信号转换成模拟信号的转换器 。计算机控制系统的框图如图３所示。系统中的控制是由计算机的控制算法程序实现的，被控参数 的数据采集器Ａ／Ｄ转换器和控制器输出的Ｄ／Ａ转换器都只能是周期性工作，因此控制系统引人 计算机之后就成为离散时间控制系统。其工作过程是：（ｌ）实时数据采集。对被控参数的瞬时值 进行检测、转换并输入到计算机中。（２）实时决策。对采集到的表征被控参数的状态量进行分析 ，并按已定的控制规律进行计算，决定进一步的控制策略。（３）实时控制。根据决策，适时地对 执行机构发出控制信号。计算机控制系统就是不断重复上面三个步骤控制整个系统按一定的品质指 标进行工作，并且对被控参数和设备本身出现的异常状态还能进行监督和及时处理。控制过程的三 个步骤对计算机来说实际上只是执行算术，逻辑运算和输人输出操作。２微机控制数学模型直流电 机的速度控制，通常是用阶梯直线去逼近连续变化的速度曲线。直流电机在各个阶梯直线上恒速步 进，经过多个阶梯的升降速运行来完成所要达到的速度变化规律。这样在同一个阶梯上速度相同， 不同阶梯上速度不同。每个阶梯上的运行时间由延时机构来完成。采用直接控制方法实现直流电机 的速度控制，关键的问题就是计算满足某一速度变化规律的每个阶梯上的时间间隔和电压。每个阶 梯上的时间可以取得相同（这样比较方便），也可以取得不同（就电压变化梯度而定，梯度大Ａｔ 就小，梯度小Ａｔ就大）。将阶梯数存放在某一寄存器中，每个阶梯上的电压取值（十六进制）列 表存人内存。当ＣＰＵ送出第一组数据后就进行程序延时，延时时间到就取第二组数据送出，同时 计数寄存器作减１操作。如此重复以上过程直到计数寄存器为零而止。这样只要改变延时时间和电 压取值表中的数据，就可以实现直流电机的升降速控制，由此可实现直流电机的升降速运行。由于 直流电机转速Ｎ与线位移速度成正比关系的，而电机转速又与电压成正比，这样，只要求出每个阶 梯上的电机转速值就可以求出相应的电压值。即：ＵＯ二ｆ（）、ＮＯ。人ｔ）、Ｕ二ｆ（）根据 图４－７所示的速度变化规律，若每个阶梯上的时间间隔为Ａｔ，则每延时西ｔ，电机的输人电压 就进人一个新阶梯，由阶梯上的电压就可以求出相应的速度。２．１阶梯时间间隔相等如果将时间 间隔Ｍ等分，则每个阶梯时间：山一（ｔ。－ｔ。）／Ｍ每个阶梯的时间和电压为：２．２阶梯时 间间隔不等不论速度与时间的关系为线性或非线性分布，都可以采用直线阶梯去逼近该曲线。如果 采用每个阶梯的时间间隔Ａｔ不同，则第ｍ个阶梯时间间隔Ａｔ。为，根据Ｕ二人ｔ）可得到每个 阶梯对应的时间和电压为：采用这种方法时，必须将每个阶梯上的时间间隔列表存人内存，这样每 个阶梯的延时可采用ＣＰＵ延时方法进行。２．３直流电机控制硬件硬件包括：微型计算机，接口 板，Ｄ／Ａ转换器，Ａ／Ｄ转换器，ＤＡＣ转换器，内存放大器，可控硅整流设备，
直流电机，光 码盘，ＰＩ速度调节器等。微型计算机作为“智能”部件，用于磨辊过程控制、数据采集及数据处 理等。功率放大器是为了向负载提供足够大的信号功率以便能带动电机转动。稳压电源为控制系统 提供直流稳压电源。ＰＩ速度调节器为带参数预报的ＰＩ调节器。在调试程序时，用示波器观察出 输出电压的变化情况。２．４系统软件系统控制软件如图８所示。微机的ＴＩ脚输人采样信号，由 软件判断ＴＩ由０变互，表示一个采样周期开始，这时系统开“中断”，然后继续进行带参数预报 的ＰＩ速度规律运算。此间如有“中断”请求信号可立即响应。“中断”响应后屏蔽中断，再有“ 中断”请求均不响应，直到下一个采样周期开始重开“中断”为止。Ｌ是人为设置的一个标志量， Ｌ＝０表示在该采样周期内ＣＰＵ没有执行“中断”服务程序，则该采样周期内Ｅｋｌ值使用预报 值，Ｌ＝ｌ时表示在该采样周期内ＣＰＵ执行了“中断”服务程序，则算出新测得的速度值ｎ，并 以Ｅ［（ｎ－ｌ）ＴＩ二ｎ”－ｎ去更换Ｅｋ；的预报值（ｎ“为设定值）。３实验研究针对典型 辊型进行微机控制在线磨辊实验研究，在此仅以表面形状函数为：ｙ＝－２．６Ｘ１０－’ｘＺ＋ ８０的辊型为例进行分析。（ｌ）实验条件４８６微型计算机，接口板，Ａ／Ｄ转换器，功率放大 器，ＷＹＪ－２０２晶体管稳压电源，ＳＣ－１６型示波器，光码盘，辊径仪等。轧辊材质：ｇＣ ｒＺＭｏ；表面肖氏硬度：ＨＳ９０；轧辊速度：５ｍ／ｓ；辊身长度：３５０ｍｍ；轧辊直径： ２５０ｍｍ；砂轮速度：１５ｍ／ｓ；磨削能力：Ａ二１．２ｘ１０－’ｍ‘／ｓ；最大压力：４ ００Ｎ；原始辊型：平辊；目标辊型：８０ｐｍ（凸度）；（２）横移速度：。＝３．６４Ｘ１０ －’Ｐ－３．３４ｘｌ０’ｔ＋７．６４（０＜ｔ＄ｇｌ．６）（３）微机输出模拟电压、电机电 枢电压以及横移速度随时间的变化规律见图９，图１０所示。（４）磨削后的轧辊如图１１所示实 验结果表明，采用微机控制时理论外形尺寸与实际外形尺寸相吻合得较好，最大误差小于８％。４ 结束语（ｌ）采用阶梯直线逼近连续变化速度曲线的方法，确定了在线磨辊微机控制的数学模型。 （２）本系统速度采用微机闭环控制，精度高，消除了低速不稳定和爬行等现象，可实现宽范围、 高精度控制。（３）采用微机控制时理论外形尺寸与实际外形尺寸基本相吻合，最大误差小于８％ 。冷轧带钢在线磨辊微机控制理论与实验研究@王萍$华东冶金学院冶金工程系!安徽马鞍山24 3002@黄贞益$华东冶金学院冶金工程系!安徽马鞍山243002@杨建春$马鞍山钢铁股 份公司!安徽马鞍山243010@孔维斌$马鞍山钢铁股份公司!安徽马鞍山243010在线 磨辊;;
微机控制;;数学模型对在线磨辊微机控制进行了初步研究，分析了在线磨辊的速度特性 ，采用阶梯直线逼近连续变化速度曲线的方法，确定了在线磨辊微机控制的数学模型，建立了在线 磨辊横移速度的闭环控制系统，为实现在线磨辊高精度的控制提供了重要参考。<1>张宇河,金 钰.
计算机控制系统.北京:北京理工大学出版社,1996.报的ＰＩ调节器。在调试程 序时，用示波器观察出输出电压的变化情况。２．４系统软件系统控制软件如图８所示。微机的Ｔ Ｉ脚输人采样信号，由软件判断ＴＩ由０变互，表示一个采样周期开始，这时系统开“中断”，然 后继续进行带参数预报的ＰＩ速度规律运算。此间如有“中断”请求信号可立即响应。“中断”响 应后屏蔽中断，再有“中断”请求均不响应，直到下一个采样周期开始重开“中断”为止。Ｌ是人 为设置的一个标志量，Ｌ＝０表示在该采样周期内ＣＰＵ没有执行“中断”服务程序，则该采样周 期内Ｅｋｌ值使用预报值，Ｌ＝ｌ时表示在该采样周期内ＣＰＵ执行了“中断”服务程序，则算出 新测得的速度值ｎ，并以Ｅ［（ｎ－ｌ）ＴＩ二ｎ”－ｎ去更换Ｅｋ；的预报值（ｎ“为设定值） 。３实验研究针对典型辊型进行微机控制在线磨辊实验研究，在此仅以表面形状函数为：ｙ＝－２ ．６Ｘ１０－’ｘＺ＋８０的辊型为例进行分析。（ｌ）实验条件４８６微型计算机，接口板，Ａ ／Ｄ转换器，功率放大器，ＷＹＪ－２０２晶体管稳压电源，ＳＣ－１６型示波器，光码盘，辊径 仪等。轧辊材质：ｇＣｒＺＭｏ；表面肖氏硬度：ＨＳ９０；轧辊速度：５ｍ／ｓ；辊身长度：３ ５０ｍｍ；轧辊直径：２５０ｍｍ；砂轮速度：１５ｍ／ｓ；磨削能力：Ａ二１．２ｘ１０－’ｍ ‘／ｓ；最大压力：４００Ｎ；原始辊型：平辊；目标辊型：８０ｐｍ（凸度）；（２）横移速度 ：。＝３．６４Ｘ１０－’Ｐ－３．３４ｘｌ０’ｔ＋７．６４（０＜ｔ＄ｇｌ．６）（３）微机 输出模拟电压、电机电枢电压以及横移速度随时间的变化规律见图９，图１０所示。（４）磨削后 的轧辊如图１１所示实验结果表明，采用微机控制时理论外形尺寸与实际外形尺寸相吻合得较好， 最大误差小于８％。４结束语（ｌ）采用阶梯直线逼近连续变化速度曲线的方法，确定了在线磨辊微机控制的数学模型。（２）本系统速度采用微机闭环控制，精度高，消除了低速不稳定和爬行等现象，可实现宽范围、高精度控制。（３）采用微机控制时理论外形尺寸与实际外形尺寸基本相吻合，最大误差小于８％。冷轧带钢在线磨辊微机控制理论与实验研究@王萍$华东冶金学院冶金工
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