帶鋼糾偏系統(tǒng)的分析與仿真

萬(wàn) 巍,邱震明,鄔宗鵬

(安徽工業(yè)大學(xué)工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育中心, 安徽 馬鞍山 243002)

0 引 言

帶材糾偏設(shè)備是冷軋生產(chǎn)線上的常用設(shè)備,普遍應(yīng)用于酸洗、冷軋、平整、涂鍍層、重卷、剪切等機(jī)組中.由于受機(jī)組各設(shè)備的安裝精度、輥?zhàn)拥闹圃炀?、輥?zhàn)邮褂煤蟮哪p、帶材板形不好等各種因素的影響,使帶鋼在穿帶和正常工作時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象.帶材跑偏不僅會(huì)造成帶材缺陷、減少成材率,而且還會(huì)影響機(jī)組的生產(chǎn)能力,甚至對(duì)設(shè)備造成損害.

1 帶鋼糾偏系統(tǒng)的工作原理

帶鋼卷取糾偏電液伺服控制系統(tǒng)如圖1所示.該系統(tǒng)由液壓能源、電液伺服閥、電流放大器、伺服液壓缸、卷取機(jī)和光電檢測(cè)器等部件組成.帶鋼的跑偏位移是系統(tǒng)的輸入量,卷取機(jī)(或卷筒的跟蹤位移是系統(tǒng)的輸出量.輸入量和輸出量的差值經(jīng)光電檢測(cè)器后由電流放大器放大,放大后的功率信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液伺服閥動(dòng)作,進(jìn)而控制液壓缸驅(qū)動(dòng)卷取機(jī)(或卷筒)的移動(dòng).液壓能源為整個(gè)系統(tǒng)工作提供足夠的能量.除此之外,系統(tǒng)中還設(shè)置了輔助液壓缸和液控單向閥組.這時(shí)輔助液壓缸有兩個(gè)作用:一是在卷完一卷要切斷帶鋼前,將光電檢測(cè)器從檢測(cè)位置退出,而在卷曲下一卷前又能使檢測(cè)器自動(dòng)復(fù)位對(duì)準(zhǔn)帶邊.這樣可以避免在換卷過(guò)程中損壞光電檢測(cè)器;二是在卷取不同寬度的帶鋼時(shí)調(diào)節(jié)光電檢測(cè)器的位置.液控單向閥組可使伺服液壓缸和輔助液壓缸有較高的位置精度[1].

而位移則通過(guò)線性傳感器測(cè)得,與伺服放大系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較,給出液壓缸繼續(xù)動(dòng)作的信號(hào).如此反復(fù),直到帶鋼不再跑偏,可以獲得較高的控制精度.

圖1 帶鋼糾偏控制系統(tǒng)原理圖

2 帶鋼糾偏系統(tǒng)的建模與仿真

液壓壓下控制系統(tǒng)的方框圖如圖2所示,主要由伺服放大器、伺服閥、液壓缸、傳感器等組成的環(huán)節(jié)組成,液壓壓下系統(tǒng)的建模主要是對(duì)以上各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立和參數(shù)選擇[2].

圖2 液壓壓下系統(tǒng)的方框圖

2.1 動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)

液壓動(dòng)力原件由伺服閥和液壓閥組成,是液壓伺服控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,它的動(dòng)態(tài)特性在很大程度上決定整個(gè)系統(tǒng)的性能.

當(dāng)以Q0為輸入,Xp為輸出時(shí),其傳遞函數(shù)為

(1)

取ζhmin=0.30代入上式得到傳遞函數(shù):

2.2 伺服閥的傳遞函數(shù)的計(jì)算

電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件,又是功率放大元件.它能夠?qū)⑤斎氲奈⑿‰姎庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(hào)(流量與壓力)輸出[3].

(2)

2.3 反饋傳感器的傳遞函數(shù)

伺服放大器及校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

(3)

Ka=0.167 A/V

把液壓動(dòng)力元件、伺服閥及伺服放大器的參數(shù)代入式(1)～(3)傳遞函數(shù)得到帶鋼糾偏控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖如圖3所示[6].

圖3 帶鋼糾偏系統(tǒng)控制方框圖

由系統(tǒng)方框圖可得到糾偏控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖如圖4所示.

由系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖可知,開(kāi)環(huán)穿越頻率為31.3 rad/s=4.98 Hz,響應(yīng)速度滿足要求,相位裕量為γ=43.8°也滿足系統(tǒng)要求.

糾偏控制系統(tǒng)的MATLAB模型如圖5所示[4-5].

其階躍響應(yīng)曲線如圖6所示.

圖4 帶鋼糾偏系統(tǒng)開(kāi)環(huán)Bode圖

圖5 糾偏控制系統(tǒng)MATLAB模型

圖6 MATLAB模型階躍響應(yīng)指標(biāo)

由圖6得到系統(tǒng)響應(yīng)的性能指標(biāo):

上升時(shí)間tr=0.023 2 s,峰值時(shí)間tp=0.062 6 s,超調(diào)量Mp=30.8%,調(diào)整時(shí)間ts=0.304 s(允許誤差范圍±2%),系統(tǒng)各性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求.

3 結(jié) 語(yǔ)

仿真結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期要求,以上所建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)此糾偏系統(tǒng)的參數(shù)選擇有一定的指導(dǎo)作用.

參考文獻(xiàn)：

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