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1紙機傳動技術的發展歷程

1.1現場總線與網絡技術及公共直流母線技術的興起

1.1.1現場總線及網絡技術的普及和應用現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統，其主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器和執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。目前世界上存在著大約40余種現場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司的Profibus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），Modbus，SDS，Arcnet，國際標準組織-基金會現場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。現場總線技術改變了整個工業控制過程的系統結構，使儀表信號（4～20mA）過渡到全數字通訊信號。這個改變對于造紙傳動自動化是顛覆性的，使整個控制系統結構和方式進入到了一個信息化和智能化的嶄新階段。

1.1.2人機界面取代按鈕和操作器由人機交互式操作屏全面取代傳統的按鈕操作，也徹底改變了造紙傳動工業現場。操作屏不僅可以任意設置按鈕的功能和數量，還可以實時監視系統的各個運行狀態以及參數等。在系統結構方面，目前普遍采用雙端口網絡系統，其中一個端口用于傳動系統及各個執行單元，另一個用于操作屏進行數據傳輸，提高抗干擾能力。操作屏的使用，使用戶節省了大量的現場電纜的鋪設以及操作臺的安裝，節約了自然資源和工作量。目前由于自然資源的價格上漲，顯示操作屏的價格下降，在一次成本投入上已經十分相近，如果考慮輔助傳動控制的按鈕連線，操作屏的投入成本更具優勢。

1.2公共直流母線的推廣和應用

1.2.1公共直流母線與交流母線的區別與特點公共直流母線系統的應用在造紙傳動自動化技術領域具有標志性作用。所謂公共直流母線，簡單地說就是將變頻器的交直交內部結構，變為交直交外部系統結構。圖1和圖2是公共直流母線和交流母線的原理結構圖，以說明兩者的區別。從圖中可以看出，交流母線變頻器是各個變頻器分別與交流電網連接，各自工作是獨立的；而公共直流母線結構則是有一個總的進線整流單元，通過直流向各個逆變器單元供電。這種結構上的變化，導致其工作方式和效果不同。從相關資料和研究分析可以歸納這兩者的主要區別和特點如下：(1）由于烘缸等大慣性負載的存在，在交流母線系統中往往會出現過壓跳閘等情況。但在公共直流母線系統中，因為能量可以通過直流母線在所有電機之間互相流動，從而解決因為負載波動引起的跳閘，很好地克服多電機間電動狀態和發電狀態之間的矛盾。(2）通過集中整流，可以使公共直流母線電壓在技術手段上做得更加可靠，降低故障率。但是事物總是利弊相伴，集中整流盡管可以通過技術手段提高可靠性，但畢竟是一個單機運行，一旦整流單元故障，也會造成整個系統停機。而交流母線系統，由于每臺變頻器都是獨立的，因此，一臺故障不影響整個生產線的運行，排除故障相對簡單。(3）關于節能和降低成本。由于在技術上明顯復雜，如果不采用特殊手段，公共直流母線的價格目前高于交流母線的價格。關于節能的觀點，目前尚沒有理論和實驗數據證明這一說法。(4）關于諧波抑制問題。變頻器的諧波主要來源于高頻開關的脈沖電流，使電網的電流波形失真，導致大量諧波產生。從統計學的角度看，當采用公共直流母線后，母線上的電流是多臺變頻器不規則的脈沖電流疊加，各個變頻器的電容相當于并聯，理論上比交流母線電流波形好，諧波影響會得到改善。但由于整流單元的集中，對變壓器的影響比交流母線要大，特別是普通六脈波系統，會在電網側產生很大的5次諧波，甚至達到干擾其他用電設備的程度。因此，當功率超過2000kW時，建議采用12脈波整流單元，這樣可以有效減小謝波干擾的影響。而交流母線系統，由于沒有集中大功率整流，因此5次諧波的影響要小。關于回饋制動問題。由于紙機傳動是一種長期穩速運行的系統，是否考慮增加回饋制動單元，應當根據系統的總投資、運行車速及停機的要求綜合考慮。一種說法是通過能量回饋可以節省能源，但實際上紙機正常生產后是很少需要緊急停車的，因此用相當增加一套整流系統的代價來解決回饋能量的回收問題值得權衡利弊。當車速1000m/min以上時，為使慣性部分盡快停下來，適當增加一定功率的能耗制動，也是一個不錯的選擇。

1.2.2公共直流母線實現方案及運行維護成本分析目前在ABB、AB和西門子公司的標準產品系列中，都有標準的直流母線系統。除AB系統在直流母線產品和交流母線產品中差別不大以外，其他兩家公司的直流母線系統都比交流母線系統價格要高。特別是整流逆變單元，比國產產品價格要高出數倍。因此，目前普遍解決方案是在不帶逆變回饋單元時較多采用的是國產整流單元，配以上述公司的逆變器或變頻器，這已經在國內許多造紙生產線上使用。當然如果系統投資資金充足，客戶要求，采用更高性能的PWM整流逆變系統，既可以實現整流回饋，又可以降低諧波影響。現將可能的方案介紹如下：(1）可控硅整流逆變回饋供電系統。這種系統是目前各大公司主推的系統，造價較高，具有能量回饋能力，諧波影響根據功率大小、6脈波和12脈波而不同。(2）國產整流單元，配逆變器加能耗制動公共直流母線系統。這種系統經濟性較好，性能與整流回饋相同，諧波影響與上一方案相同。(3）國產整流單元，配變頻器加能耗制動公共直流母線系統。這種方案是國內的系統集成商，在激烈競爭下采用的一種降低成本的方案。這種方案適合于當變頻器價格低于逆變器價格時，具有一定競爭力，但如果與逆變器價格相當，則與方案（2）相同。(4）局部直流母線方案，其是在交流母線系統的基礎上，為了解決慣性負載的過電壓跳閘問題或針對某些負荷分配點需要能耗制動的情況下而采取的方案。整個系統仍然是交流母線即通常的變頻器系統方案，但是將慣性負載傳動點的變頻器外接制動單元的端子通過一定的技術手段相互連接，在相連接的變頻器之間形成公共直流母線。其性能和工作特點與集中整流直流母線相當，只不過集中整流由分散整流代替。特點是簡單、低成本，但系統接線復雜，給系統的可靠性和維護帶來不便，在小系統中應用比較適合。總之，從目前來看，公共直流母線、網絡通訊和操作屏等現代信息技術已經成為紙機傳動自動化的發展趨勢；以AB公司等為代表的工業以太網技術以及遠程監控和服務等將成為下一步技術發展的大方向，甚至無線網絡和遠程調試等在今后的發展中都是可能的；對紙機傳動自動化來說，還有優化設計、程序化的安裝和調試，以及精準的故障診斷與維護等問題。

2現代紙機傳動自動化系統的組成與設計特點

2.1現代紙機裝備的最新技術動向從2014CIPTE國際造紙技術報告會獲悉，以芬蘭維美德公司、德國福伊特公司為代表的紙機裝備制造商，分別從各種不同的角度為紙機裝備的發展提出了多種解決方案。其中，優化概念模塊化紙機實際上是在整個系統中，將不同紙機的各個部分部件，用統一的設計和規劃方案，尤其是連接部分、通用部件的標準方面，如同組裝模塊一樣，可以批量生產適合各種不同紙機的產品部件。在需要的時候，可以迅速地通過模塊組裝和連接形成不同的造紙機生產線，這就是優化和模塊化的核心所在。在紙機裝備的模塊化和優化設計的推動下，紙機傳動自動化其實也正在朝著這個方向發展和變化。無論是從軟件設計還是硬件結構，國外的大公司以及國內的一些企業已經在不同程度上實施并推進這一方法的實現。所謂面向對象的設計方法和解決方案，實際上是從軟件工程的開發角度，來設計和構建電氣傳動系統的軟件和硬件系統，從而最大限度地減少重復性工作和最大限度地降低制造和設備采購成本，提高工作效率，降低系統的故障率和增加可靠性。

2.2硬件模塊化、通用化設計根據模塊化的設計思想和標準化的系統目標，ABB和西門子的大功率變頻器就是一個典型的實例。在ABB的大功率變頻器設計中即采用了模塊化的設計，一臺大功率變頻器可以由若干個硬件功率模塊組成。當某個模塊故障時，可以在不停機的狀態下降低功率繼續使用，直至更換新的模塊以后恢復原功率運行。西門子S120變頻器系統則在模塊化方面體現更加徹底，不但主回路模塊化，連控制回路也一起模塊化了。在新的系統中變頻器本身就組成了一個小型分布式控制系統，控制中心管理著變頻器的各個主回路模塊，每個模塊僅相當于一個功率單元。如果說ABB變頻器是變頻器并聯運行的話，西門子變頻器就是一個小型集散控制系統。控制單元獨立于功率單元，一臺控制器可以管理多個功率單元。這種硬件結構的設計使模塊化達到了電力電子裝置的最新高度。除此之外，在諸如電控柜、操作臺以及輔助傳動的控制回路設計方面，模塊化的設計也體現了面向對象的特征。將一臺電控柜從柜體設計到安裝板以及柜內的每一個部件和回路，統統按照對象描述和封裝模塊的思想進行設計。在硬件的選擇上盡可能做到對于整個公司的硬件系統要求做到模塊化設計，即凡是運轉方式、功率等級基本一致的對象，采用一樣的模塊加以控制，同時在對比較重要的控制單元的柜體設計中，凡是控制模塊在條件許可的情況下再增加一塊備用的控制模塊（與廠家協調），這樣當某個受控對象的控制回路出現故障時，抽出故障模塊，換上備用模塊，系統先恢復運行再維修故障模塊。在整個系統的硬件設計中，類的設計即每一種抽屜狀模塊的設計中，系統面向對象所必須具備的封裝及數據隱藏得以著重體現。在這里，我們強調的是每個受控對象（獨立的用電負載）不僅僅要有一個實實在在的硬件類與之對應，在PLC程序中也會存在一個相對應軟件類與硬件類對應，這樣，每一個受控的實體對象都在控制系統對這兩個相互依存的類對象的調用中，實現工藝的要求。而在此時面對紙機裝備的優化概念模塊化處理中，對于相對應的控制系統，我們也應該有同等的要求。在面向對象的硬件系統設計中，最大的特點就是控制回路的模塊化，使其在強電回路封裝的基礎上繼續封裝控制回路，從而使得系統具有以下特點：(1）盡管模塊受到被控對象功率的不同、運行方式的差異導致具體電路上的差別，但在外觀上盡量標準化，使得除了模塊之外，柜體也可柔性化設計；(2）從元器件到模塊，應盡量體現出最大程度的通用與互換性；(3）模塊的接口盡量簡單，互換時簡單方便；(4）模塊設計應盡量使得可靠性足夠高。在面向對象的硬件系統設計中，我們可以做到：(1）大大簡化系統構建及設計過程的難度；(2）形成柔性化的控制系統；(3）更加利于專業化分工；(4）更有利于系統未來的擴容和改造。在這里，我們以最為常見的電動機控制回路的設計來詳細說明面向對象的硬件系統如何實現：首先分析普通電機（對象）的特性：(1）電機直接啟動，自由停止；(2）無反接制動及能耗制動的需求；(3）電機內無報警裝置，提供額外異常信號指示；(4）短時間的電機堵轉等異常情況在熱保護等手段作用之前，不會給電機帶來傷害。下面以一個簡單的電機控制系統為例，說明我們在硬件設計時采用的方法，如圖3、圖4。我們將一個普通的電機作為對象，對它進行分析，從而得到控制要求，利用面向對象技術，將跟它有關系的操作封裝在一個結構系統，使得在一張圖紙上可以看到它的全部信息，并且全部模塊化設計，利用端子接線。對于圖4，我們可以在它的基礎上，針對具體的工控要求，很快進行修改而不破壞其內部封裝，改造成適用于變頻和軟啟等硬件設計，幾乎沒有什么太大的變化，這一現象，體現面向對象中繼承的思想。同樣的設計完全可以在電控柜和操作臺上實現，從而將我們的關注點完全放在這樣一個個對象上，而不是一個龐大系統的每一個細節，可以極大地節省設計時間，簡化設計步驟。而對于相同或者差異不大的對象或者項目，完全可以很方便的完成，而不用再擔心改動錯誤。因為在封裝對象的時候，我們投入了極大的精力，使得每一個對象里面的每個元件都有跟隨作用。如果封裝后有錯誤，是無法通過測試的。這首先保證了自己所使用的“元件”是無誤的，而不像面向過程中每一步都沒有電氣屬性，改動完之后不知道是否正確的尷尬局面。目前，對于整個造紙機傳動自動化來講，我們往往對于輔助傳動的著力點過少，從現在這個行業的故障率來講，目前應該將輔助傳動控制與主傳動進行一體化設計。對此，我們還是針對于每一個項目進行具體設計，因為輔助傳動在各自的分布可能要求不一致，系統之間又沒有具體的聯系，還是采用面向過程的設計思路，簡單方便、可靠性高。

2.3軟件模塊化、通用化設計在國外，1999年Benitez等人提出面向對象方法在PLC程序設計應用中的必然性。2010年ChiacchioP．等人提出IEC61131標準中的PLC程序設計方法已無法滿足自動化系統的發展需求，提出面向對象的編程方法。AdnanSalihbegović等人也提出將軟件工程方法運用到工業自動化控制中。在國內，2000年陳娟等人將面向對象方法運用到糧食儲運自動化系統中，討論了類的抽象和封裝的實現。2009年張逸群等人將面向對象方法運用到煤炭輸送機控制系統的PLC程序設計中，闡述了基于STEP7的面向對象程序設計方法。2009年12月，祝瓛冰出版了《面向對象的現代工業控制系統的實用設計技術》一書，更是取得突破性技術，使得面向對象的方法更加實用于PLC程序設計。綜上所述，在國內外研究中面向對象方法已經在工業控制中嶄露頭角。但在此時，紙機傳動自動化軟件設計還是處于傳統的階段，對于此次當代紙機裝備制造商提出的優化概念模塊化紙機，為了提高工業效率的適應性，還是難以滿足，所以我們將面向對象方法引入紙機傳動自動化行業，在硬件上加以強類封裝，同時相對于每一個硬件類，都有一個相對應的軟件類。這樣對于一個控制系統的對象，我們只要通過接口，操作硬件類與軟件類相互聯系，就可以很好地完成控制任務。下面以普通電機為例，介紹其每個環節的做法：(1）建立需求分析表，如表1。其作用就是以控制系統對此類目標的需求，對未來對象所執行的任務進行反向遞推，將需求層層細化。(2）建立變量表，如表2。這個需要好好琢磨，以至于反復修改。(3）編制類的梯形圖，測試修改，反復多次。這樣，所有編程均基于所述接口，對于每一個具體的工程對象，僅僅只需要修改相對應的外部變量，而不需要在所封裝的程序內部做修改。當然這個過程是循環往復的，它需要我們有足夠的測試對象以及測試次數，但這一點，相對于以往工程項目毫無頭緒的修改，導致的出錯率還是可以接受的。

3現代紙機傳動系統常見技術問題分析與處理方法

紙機在運行中，由于機械、電氣緊密聯系，相互配合，因而故障出現時，往往會導致很難確定是何原因。作為電氣技術人員，在對所管設備充分了解后，理應對于其工作原理以及設計思想有所了解，最后依據現象做出分析判斷，區分故障，從而解決問題。在造紙生產中，不可避免地會出現一些類似操作失靈、頻繁斷紙等表面現象，操作人員往往第一時間會認為是出現了電氣故障。此時，作為電氣工程師則必須首先對故障現象進行仔細分析，完整描述，準確判斷。要做到一看、二想、三檢驗，即：一看就是先看準問題的部位和現象，進行細致分析和準確描述，分清問題所在。二想就是對于問題表現的現象，要冷靜思考、綜合判斷，特別是結合公共和電氣參數的記錄值，對現象的產生原因做出判斷，防止誤判。三檢驗就是在可能情況下，通過一些參數的人為變化，檢驗和核對問題的原因，最終確定問題的原因和處理方法。下面通過對幾種常見問題的分析和判斷，以說明問題的處理方法。

3.1速度不穩、斷紙、引紙困難這類問題在早期的新紙機調試和二手機開機過程以及更換產品品種時較易發生。由于目前機械和傳動設備都已經設計比較完善，操作人員也已經比較熟練。在設備和工藝以及電氣之間發生問題梳理不清的情況已經減少。但是，從電氣技術原理的角度分析問題的根源和找出解決辦法仍然是電氣工程師應當具備的基本能力。面對速度不穩、斷紙這樣的現象，往往會伴隨著工藝和機械設備等相互交織的問題。有經驗的車間主任、班組長可以很快判斷問題的原因所在。以下通過電氣傳動的參數數據分析來說明邏輯分析方法：(1）仔細觀察上位機記錄的轉速和轉矩變化曲線，在反應的斷紙點觀察是否有速度的突變和轉矩突變以及突變的方向和規律。這一點非常重要，傳動參數的記錄數據，特別是實時數據對分析判斷至關重要。(2）基本分析和判斷：如果在斷紙附近速度曲線變化不明顯，而轉矩或電流在斷紙附近顯著波動，通常可以認為調速系統是正常的。可以不予理會關于速度波動的說法，這是因為如果速度沒有明顯變化而轉矩或電流有明顯波動，則恰恰說明調速系統是正常的。在雙閉環系統中，速度反饋是外環，電流或轉矩是內環。內環的響應要遠遠大于外環，因此正是電流的波動才抑制了或抵消了速度的波動，是正常的響應。(3）反之如果先有速度的變化，不論是緩慢變化還是突變，之后才是電流的變化，那么可以懷疑調速系統或在設備的某些部位存在問題。可能的問題有：編碼器或速度反饋干擾或不穩定，引起速度波動；可以進一步觀察速度反饋系統或電機和編碼器的連接部位，進行必要的檢修和加固，對導線連線以及屏蔽等進行檢查和再次接線；如果電氣系統檢查無誤，則可以懷疑設備或安裝存在的可能問題。在某廠的系統中曾經發現過施膠部在施膠過程中主傳動點速度緩慢變化的情況，后經檢查發現是由于主從控制的安裝不當引起，當膠輥在受熱后形變較大時，會發生直徑增加的情況因而導致線速度緩慢增加。引起不穩定或張力增加而出現斷紙，更改主從配置后問題得以解決。(4）另外，在壓榨部也會出現莫名其妙斷紙的現象。在觀察電氣記錄后如果沒有發現問題，則可以提醒操作人員注意真空度和濕紙的干度，真空度的變化也會引起紙的強度變化。同時，應當充分注意速度環PID參數整定要合適。舉例說明，如圖5。此為卷取部換卷時的曲線記錄。從曲線上看，當換卷時從三烘到卷取的紙幅所承受的拉力減小，從而導致三烘部的負荷加大，引起速度下降，在速度閉環系統的控制下，變頻器進行了自動調節，但是此過程持續時間較長，從而可以明顯看到三烘之前的紙幅下垂現象。從圖5（上）明顯還可以看出，速度控制的調節時間太長，速度下跌較大，因此需要增大速度環的比例系數，縮短積分時間。從圖5（下）明顯可以看到，同樣在進行換卷時，速度有波動，但是速度下跌較小，而且調節過程的時間明顯縮短，紙幅變化量不大。總之，應對速度不穩問題，一定要以記錄數據為依據，然后再根據工藝過程分析問題的根源所在。電氣工程師不但應當能夠發現自身系統的問題，更要能夠分析和判斷出其他方面的問題，才能是合格的工程師。

3.2負荷分配控制方案及存在問題對策在網部和壓榨部以及施膠部等，都存在負荷分配的控制問題。早期直流系統中負荷分配控制是由模擬的轉矩電流分配器來完成的，現代紙機由于采用了通訊控制方式，這種分配關系由模擬變為數字，但基本的控制原理是相同的。本文所要闡述的是在負荷分配控制中針對不同情況的控制策略選擇問題，這也是本人及其團隊多年來研究和實踐的總結，現分幾個問題介紹如下：(1）剛性負荷分配控制的穩定性問題通常情況下壓榨部、網部、施膠部等各部分的負荷分配問題，都可以定義為剛性連接的負荷分配控制問題。所謂剛性連接就是指兩個連接的電動機之間沒有速度誤差，例如壓榨部，上下輥之間在正常時是不可能有速度偏差的，否則紙頁就會產生質量問題，網部和施膠部都可以做類似的解釋。在這種負荷分配控制中，普遍采用的方案是用轉矩或電流疊加進行分配，其中一臺作為主傳動，另一臺作為輔傳動。通過轉矩電流的比例分配，滿足協調所需的工藝控制要求。但是，這種方案是否存在穩定性問題呢？長期以來一直沒有理論的證明和分析，陜西科技大學2013屆研究生張洪濤在參考相關資料的基礎上，將速度反饋微差注入的方法引入到負荷分配控制的穩定性仿真分析中，在理論上證明了剛性連接情況下采用轉矩或電流進行負荷分配控制是穩定的。現將這一原理仿真模型進行說明。圖6中編號1代表的是速度給定，編號2和3是負載和負載擾動的加載點。模型中剛性耦合的模擬是通過求取兩者的速差，然后再乘以剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上，從而代表由于速差而引起的轉矩傳遞。主傳動點的速度給定直接乘以一個補償系數作為從傳動點的速度給定，此補償系數一般大于1，目的是為了使從傳動點的速度調節器飽和。將主傳動點的電流反饋和主傳動點的轉速調節取最小運算，目的是為了使主傳動點的電流反饋值對從傳動點的電流給定值起到一個限幅的作用，也即從傳動點跟隨主傳動點的電流反饋，從而模擬轉矩控制的效果。仿真波形如圖7所示。由仿真波形可以看出，速度的穩定性較高而且從點電流在整個過程當中都僅僅跟隨主點電流，保證主從出力相同。在25s時在標號2處添加一個負載擾動信號，此時轉速變化很小，而電流的波動相對轉速要大，但在不到2s時間內又穩定下來，且主從電流一致。從仿真波形來看，用轉矩控制的負荷分配方式對剛性耦合的負載進行控制，系統始終是穩定的。(2）柔性耦合的負荷分配控制的穩定性問題圖8是柔性耦合負荷分配控制系統中基于速度控制的仿真模型，其中主從傳動點都處于速度控制模式，通過比較主從點的電流反饋值，然后求差，再乘以柔性補償系數疊加到從點的速度給定上，從而微調從點電流，使得從點的電流值跟隨主點電流的目的。在柔性耦合的負荷分配控制中，同樣先采用主從傳動點都處于速度控制模式進行仿真分析。在速度控制模式下通過比較主從點的電流反饋值，然后求差，再乘以柔性補償系數疊加到從點的速度給定上，從而微調從點電流，使得從點的電流值跟隨主點電流。模擬柔性耦合機械上的連接還是通過求速差，再乘剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上。和剛性耦合中不同的是，當在主點加負載擾動時，其對從點轉矩的影響需要經過一定的延時，所以在此還是通過求速差，再乘剛性系數去疊加到各電流調節器的輸出上。在此模型中，添加了一個延時模塊，其延時取決于實際轉矩的傳遞時間。仿真時，在編號2處加負載擾動，而延時環節則加在去主點電流環的一側，此時代表當從點負載發生波動時，其到主點轉矩的傳遞需要經過一定的延時。仿真波形如圖9所示。從仿真波形可以看出，當從點加負載擾動時，主從點轉速的波動仍然很小，電流波動相對較大，但在短暫調整后又趨于平穩，從點的電流跟隨性良好，說明主從點負載均衡，達到了負荷分配的目的。從上面仿真結果來看，對柔性耦合的負載采用速度控制的負荷分配方式是穩定的。圖10是柔性連接的轉矩控制方式仿真模型，模型中柔性耦合的模擬與剛性連接相同，均采用求取速度反饋差值的辦法，用差值乘以剛性系數后疊加到各電流調節器的輸出上，代表由于速差而引起的轉矩傳遞。主傳動點的速度給定直接乘以一個補償系數作為從傳動點的速度給定，此補償系數一般大于1，目的是為了使從傳動點的速度調節器飽和，從而形成轉矩控制的方式。將主傳動點的電流反饋和主傳動點的轉速調節取最小運算，目的是為了使主傳動點的電流反饋值對從傳動點的電流給定值起到一個限幅的作用，也即從傳動點跟隨主傳動點的電流反饋，從而模擬轉矩負荷分配控制的效果。與剛性連接不同的是增加一個延時環節，圖10是將主擾動的影響經過延時后疊加到從點上。由圖11仿真波形我們發現，當柔性耦合的負載采用總線通訊轉矩控制的負荷分配方式時，主從點的轉速與轉矩都發生了振蕩的現象。而前面采用總線通訊速度控制方式時，主從點的速度與轉矩都能經過短暫的調節趨于穩定，且從點的電流和主點的電流基本相等。這也說明了柔性耦合的負載當采用轉矩控制的負荷分配方式時是不穩定的，此跟實際調試當中遇到的現象完全吻合。總之，對于負荷分配控制系統而言，正常情況下我們都可以看作是剛性連接的系統。因此，無論是速度控制方式還是轉矩控制方式，系統本身都是穩定的。但是如果具有延遲特性的負荷分配控制系統，由于轉矩和速度之間增加了反饋延遲，就會造成不穩定現象。典型的例子如高速衛生紙機的負荷分配控制系統，在網部和大缸之間由10m以上的毛布進行連接，毛布的彈性作用會導致轉矩和速度的延遲。這時如果采用轉速控制的負荷分配方案則是穩定的，反之如果采用通常的轉矩負荷分配控制方案則極有可能會造成系統不穩定，理論研究和實踐都證明了這一點。

3.3高速紙機傳動系統的特點目前針對高速紙機，在控制精度要求上有一種流行的觀點，是高速紙機要求的控制精度更高或者變頻器的性能要更好等等。究竟紙機進入高速以后，在傳動技術要求和控制精度等問題上與普通紙機傳動有什么區別和不同？在這個問題上，由于資料和信息都不甚充分，在此針對傳動系統的基本原理和高低速的區別提出以下幾點看法：(1）從控制系統特征看，紙機的速度指標是線速度，而電機的指標是轉速，因此我們應把電機和紙機分開來看。對于紙機側，只關注線速度多少；對于電機側，則關注的是轉速。因此同樣的轉速，可以工作在1000m/min，也可以工作在500m/min，所以控制性能和精度要求沒有本質的差別。(2）由于高速紙機速度高、慣量大，所以在動態特性指標上應當有更高的要求。比如轉矩的響應應當更快，速度環的閉環指標應當注重與超調量盡可能小等等。這些指標對于任何速度的要求都是一樣的，但是對于高速紙機而言，應當更注重調試的質量和性能。(3）靜態或穩態速度精度問題，穩態下對速度精度的要求是由紙張特性決定的。紙機在高速和低速條件下工作時，相同控制精度下對紙張的形變量是一致的。根據胡克定律：F=K×Δv×t，對于高速紙機而言，運行在高速和低速情況下，對于同一控制精度，速差相對而言是一樣的，因此得出結論是控制系統的穩態精度與車速無關。(4）變頻器的頻率分辨率和速度閉環精度沒有直接的聯系。只要閉環穩態精度在0.1%以上，則高速紙機控制系統對變頻器沒有特殊的要求。但是由于控制原理不同，在變頻器的不同品牌中，轉矩控制特性不同，即動態響應不同。這一點對系統的影響需要考慮。總之，對于高速紙機而言，由于動態響應的要求較高，所以變頻器的選擇應當以矢量控制型和直接轉矩控制型為主，且要求轉矩控制最好是獨立的，能夠形成轉矩閉環。

3.4變頻器在選擇和使用時的注意事項目前變頻器的品種很多，價格也相差很大。如何判斷變頻器的性能和合理選擇，在這里根據理論和實踐的經驗提出一些建議供參考。(1）在需要速度閉環控制的系統中，建議采用矢量控制型或直接轉矩控制型，這樣比較能夠實現良好的動態性能。但是過程控制的閉環可以除外，例如恒壓供水系統，可以適當降低要求。(2）在矢量控制型和直接轉矩控制型中，轉矩的控制指標是以電流上升時間為參數衡量的，這一參數并不一定越高越好。在用于普通泵類負載時，建議不要選用上述類型的變頻器，一方面成本較高，另一方面可能效果反而欠佳。在此舉例說明，對于變頻器而言通常要求電機是按照變頻的條件設計的。但是在普通泵類負載中大多數電機仍然使用普通電機，發生故障的情形也是十分少見的。然而在使用ABB800型變頻器用于真空泵負載時，曾經出現連續擊穿電機線圈的故障，當更換成國產普通變頻器以后，使用正常。造成這一現象的根源是ABB800變頻器具有較高的轉矩，即電流上升特性，這個對于系統控制性能而言是優點；但是對于普通電機而言，卻是災難。很高的電流上升率，對電機繞線形成很高的電壓上升率，即所謂du/dt。因此，變頻器并非性能越高越好，根據使用場合，既可以降低造價，又可以提高可靠性，不要盲目追求高的性能指標，應當和使用條件、用途相一致。

作者：孟彥京吳超趙丹段明亮馬匯海單位：陜西科技大學陜西科達有限公司