选择卷取芯轴速度环增益的控制方法技术领域
本发明涉及热轧生产线设备技术领域，特别是涉及一种选择卷取芯轴速度
环增益的控制方法。
背景技术
卷取机是热轧生产线核心设备之一，处于生产线末端，对钢卷收集起着关
键作用。众所周知，卷取机芯轴是采用速度控制与张力控制切换控制的。在芯
轴咬钢前和夹送辊抛钢后，芯轴是处于速度控制。速度控制过程中主要包括以
下几个过程：（1）夹送辊抛钢后继续卷钢；（2）钢卷的尾部定位；（3）卸卷；（4）
芯轴进入等待速度；（5）芯轴进入超前速度。
在以上几个过程中，传统的芯轴速度控制的速度环增益不可控，在整个速
度控制过程中，逆变器只提供一套唯一的速度环增益。但由于芯轴负载的特殊
性，即以上过程（1）（2）（3）与过程（4）（5）负载变化较大，且生产不同产
品时钢卷重量差别也较大，这样唯一的速度环增益导致芯轴速度响应控制不理
想，特别是在夹送辊抛钢后，速度响应慢，且速度偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中速度环增益导致芯轴速度响应控制不
理想的问题，提供了一种保证卷取芯轴的速度环控制的稳定性的选择卷取芯轴
速度环增益的控制方法。
本发明提供的一种选择卷取芯轴速度环增益的控制方法包括：设置四组速
度环增益参数组；
计算钢卷的总转动惯量，通过所述总转动惯量判断对应的选择信号；
根据判断的选择信号选择对应的速度环增益参数组执行速度的闭环控制。
进一步，所述设置四组速度环增益参数组包括：
从逆变器的速度调节参数中设置四组速度环增益参数组
ASPR_GAIN_GROUP0、ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、
ASPR_GAIN_GROUP3；
在传动系统中设置一个增益选择功能的使能信号ASPR_G_SEL及与四组所
述速度环增益参数组对应的选择信号ASPR_G_NO；
在传动系统中设定四组所述速度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP0、
ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、ASPR_GAIN_GROUP3；
设置增益选择功能的使能信号ASPR_G_SEL=1，启动速度环增益选择功能。
进一步，所述在传动系统中设定四组所述速度环增益参数组
ASPR_GAIN_GROUP0、ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、
ASPR_GAIN_GROUP3包括：
电机单体调试时，选择ASPR_G_NO=0，调整ASPR_GAIN_GROUP0参数
组；
在电机与机械设备连轴后选择ASPR_G_NO=1，调整ASPR_GAIN_GROUP1
参数组；
选择ASPR_G_NO=2时，进行带载调试，调整ASPR_GAIN_GROUP2参数
组；
选择ASPR_G_NO=3，调整ASPR_GAIN_GROUP3参数组。
进一步，所述计算钢卷的总转动惯量，通过所述总转动惯量判断对应的选
择信号包括：
一级系统先通过 GD C 2 = 1 a 2 · 4 J C = 1 a 2 ∫ Di 2 D 2 ρ · S · r 2 · 2 πr · Wdr = πρSW 8 a 2 ( D 4 - D i 4 ) ]]>计算
获得钢卷的转动惯量,所述钢卷密度ρ、带钢宽度W以及钢卷松紧系数S由二
级设定，所述a为减速机变比，r为钢卷半径，Jc为钢卷转动惯量，D为芯轴外
径，Di为钢卷外径；
然后通过计算获得钢卷的总转动惯量，所述为设备本身
转动惯量，为固定值；
最后根据所述总转动惯量判断对应的选择信号，并将所述选择信号发送至
传动系统。
进一步，所述最后根据所述总转动惯量判断对应的选择信号包括：
当GD2=0Kg.m2时，选择信号为ASPR_G_NO=0；
当GD2大于零且小于8000Kg.m2时，选择信号为ASPR_G_NO=1；
当GD2大于等于8000Kg.m2且小于20000Kg.m2时，选择信号为
ASPR_G_NO=2；
当GD2大于20000Kg.m2时，选择信号为ASPR_G_NO=3。
进一步，所述根据判断的选择信号选择对应的速度环增益参数组执行速度
的闭环控制包括：
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=0时，传动系统根据
ASPR_GAIN_GROUP0参数组来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=1时，传动系统根据
ASPR_GAIN_GROUP1参数组来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=2时，传动系统根据
ASPR_GAIN_GROUP2参数组来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=3时，传动系统根据
ASPR_GAIN_GROUP3参数组来执行速度的闭环控制。
进一步，为了保证卷取机正常完成带钢尾部定位控制，在进行尾部定位时
选择信号ASPR_G_NO固定设置为1。
本发明提供的一种选择卷取芯轴速度环增益的控制方法，根据芯轴转动惯
量的变化，选择不同的速度环增益，保证了卷取芯轴的速度环控制的稳定性。
具体通过以下几个方面进行说明。
（1）在以前的芯轴速度环控制中，芯轴速度环增益不变，在较大转动惯量
下，芯轴速度响应不能满足要求。而本发明根据芯轴转动惯量的变化，选择不
同的速度环增益，保证卷取芯轴的速度响应满足要求，其速度精度始终在+/-0.1%
之内。
（2）在以前的芯轴速度环控制中，芯轴速度环增益不变，带钢尾部离开夹
送辊后芯轴转为速度控制，芯轴速度与反馈速度难以保持一致，容易导致松卷。
而本发明为防止当从张力控制转变到速度控制时芯轴升速，利用速度环增益选
择控制，在夹送辊抛钢后保证了速度控制的精度，有效的保证了速度控制的稳
定性。
（3）在以前的芯轴速度环控制中，芯轴速度环增益不能变，容易造成钢卷
尾部定位不准。而本发明在钢卷尾部定位是固定选择参数组
ASPR_GAIN_GROUP1，保证了卷取机精准的完成带钢尾部定位控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的芯轴速度模型示意图；
图2为本发明实施例提供的芯轴卷钢的结构示意图；
图3为本发明实施例提供速度环增益选择示意图。
具体实施方式
如图1所示，从图中可以看出正常卷一块钢，芯轴的速度设定分为超前速
度、同步速度、滞后速度、空闲速度。在图中芯轴咬钢前和夹送辊抛钢后芯轴
为速度控制，速度环增益参数组在这期间可控。
本发明提供的一种选择卷取芯轴速度环增益的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：设置四组速度环增益参数组。
步骤S2：计算钢卷的总转动惯量，通过总转动惯量判断对应的选择信号。
步骤S3：根据判断的选择信号选择对应的速度环增益参数组执行速度的闭
环控制。
其中，步骤S1中设置四组速度环增益参数组包括：
步骤S12：从逆变器的速度调节参数中设置四组速度环增益参数组
ASPR_GAIN_GROUP0、ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、
ASPR_GAIN_GROUP3。
步骤S12：在传动系统中设置一个增益选择功能的使能信号ASPR_G_SEL
及与四组速度环增益参数组对应的选择信号ASPR_G_NO。
步骤S13：在传动系统中设定四组速度环增益参数组
ASPR_GAIN_GROUP0、ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、
ASPR_GAIN_GROUP3；
步骤S14：设置增益选择功能的使能信号ASPR_G_SEL=1，启动速度环增
益选择功能。
步骤S13在传动系统中设定四组速度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP0、
ASPR_GAIN_GROUP1、ASPR_GAIN_GROUP2、ASPR_GAIN_GROUP3包括：
步骤S131：电机单体调试时，选择ASPR_G_NO=0，调整
ASPR_GAIN_GROUP0参数组。
步骤S132：在电机与机械设备连轴后选择ASPR_G_NO=1，调整
ASPR_GAIN_GROUP1参数组。
步骤S133：选择ASPR_G_NO=2，调整ASPR_GAIN_GROUP2参数组时，
芯轴需要带上真实负载，在调试过程中的做法是准备一卷卷好的钢卷装于芯轴
上，钢卷需用打包带捆好，并且保证芯轴膨胀使芯轴与钢卷间不至于打滑，这
样便实现了带载调试。
步骤S134：选择ASPR_G_NO=3，调整ASPR_GAIN_GROUP3参数组时，
可凭经验适当放大速度环比例增益，其他增益参考其他参数组。
表一为现场传动柜四组速度环增益参数组的具体设置，其中ASPR_P代表
比例系数，ASPR_I代表积分系数，ASPR_D代表微分系数。
表一
ASPR_G_NO
ASPR_P
ASPR_I
ASPR_D
0
520（D）
3.3（rad/s）
10923（D）
1
740(D)
3.4（rad/s）
10923（D）
2
1350(D)
3.4（rad/s）
10923（D）
3
4000（D）
3.4（rad/s）
10923（D）
从上表可以看出，四组速度环增益参数组主要区别在于比例系数增益不同，
其效果在于随着芯轴转动惯量的增大，比例系数增益也不断增大，保证了芯轴
的速度响应要求。
步骤S2计算钢卷的总转动惯量，通过总转动惯量判断对应的选择信号包括：
步骤S21：一级系统先通过
GD C 2 = 1 a 2 · 4 J C = 1 a 2 ∫ Di 2 D 2 ρ · S · r 2 · 2 πr · Wdr = πρSW 8 a 2 ( D 4 - D i 4 ) ]]>计算获得钢卷的转动惯量。
如图2所示，1为芯轴电机，2为减速机，3为钢卷，ρ为钢卷密度，D为芯轴
外径（图2中标号4所示），Di为钢卷外径（图2中标号5所示），W为带钢宽
度（图2中标号6所示），S为钢卷松紧系数，a为减速机变比，r为钢卷半径，
Jc为钢卷转动惯量。其中，钢卷密度ρ、带钢宽度W以及钢卷松紧系数S由二
级设定。
步骤S22：然后通过计算获得钢卷的总转动惯量，为设
备本身转动惯量，为固定值。
步骤S23：结合图3所示，最后根据所述总转动惯量判断对应的选择信号，
并将所述选择信号发送至传动系统。
当GD2=0Kg.m2时，则选择ASPR_GAIN_GROUP0，选择信号为
ASPR_G_NO=0；
当GD2大于零且小于8000Kg.m2时，选择信号为ASPR_G_NO=1；
当GD2大于等于8000Kg.m2且小于20000Kg.m2时，选择信号为
ASPR_G_NO=2；
当GD2大于20000Kg.m2时，选择信号为ASPR_G_NO=3。
步骤S3根据判断的选择信号选择对应的速度环增益参数组执行速度的闭环
控制包括：
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=0时，传动系统根据速
度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP0来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=1时，传动系统根据速
度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP1来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=2时，传动系统根据速
度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP2来执行速度的闭环控制；
当接收到一级系统发送的选择信号为ASPR_G_NO=3时，传动系统根据速
度环增益参数组ASPR_GAIN_GROUP3来执行速度的闭环控制。
例如在正常卷一块钢时，咬钢前芯轴转动惯量较小，一级计算ASPR_G_NO
为0（对应ASPR_GAIN_GROUP0），咬钢后芯轴转动惯量开始上升，一级计算
ASPR_G_NO为1（对应ASPR_GAIN_GROUP1），随着钢卷重量的增大，一级
计算的ASPR_G_NO可能达到2，甚至达到3。但注意，在钢卷完后进行尾部定
位时传动接收ASPR_G_NO为1。总之，传动系统严格按照一级发送的参数组选
择信号ASPR_G_NO执行具体的速度环增益来完成速度的闭环控制。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实
施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、
替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。