軋機(jī)液壓壓下系統(tǒng)的特性分析＊

萬 巍,邱正明

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

軋機(jī)液壓壓下系統(tǒng)的特性分析＊

萬 巍,邱正明

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

通過建立液壓壓下系統(tǒng)位移控制方式下的數(shù)學(xué)模型,以及使用Matlab軟件對此方式下液壓壓下系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行了仿真,我們能夠確定:該系統(tǒng)是穩(wěn)定的.從這可見系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型對液壓壓下系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值.

液壓壓下;AGC;伺服閥;MATLAB仿真

液壓輥縫控制系統(tǒng)是提高板厚精度的重要技術(shù)措施.它的主要目標(biāo)是在負(fù)荷狀態(tài)下動態(tài)消除因擾動引起的輥縫變化,減少鋼板在縱向上的厚度差,即同板差.由于現(xiàn)在的軋機(jī)自動化水平及對板帶材的質(zhì)量要求越來越高,對液壓輥縫控制系統(tǒng)的控制要求也越來越高.而液壓壓下系統(tǒng)是液壓輥縫控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu),其動、靜態(tài)品質(zhì)的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)的快速性和控制精度.因此,對液壓壓下系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)特性仿真的分析為以后優(yōu)化這一系統(tǒng),進(jìn)一步提高板厚的控制精度有著重要的意義.

1 液壓壓下系統(tǒng)的工作原理

液壓壓下系統(tǒng)的方框圖如圖 1所示,液壓壓下裝置一般由位移傳感器、液壓缸和電液伺服閥等所組成.系統(tǒng)通過電液伺服閥對液壓缸的流量和壓力的調(diào)節(jié)來控制液壓缸上、下移動的行程來調(diào)節(jié)軋輥輥縫值.軋輥輥縫設(shè)定值經(jīng)放大后輸出給電液伺服閥,驅(qū)動液壓缸動作,進(jìn)行輥縫預(yù)設(shè)定.同時,液壓缸內(nèi)的位移傳感器將實際軋輥位置信號反饋回來.當(dāng)輥縫給定與反饋值相等時,液壓缸停止動作,輥縫調(diào)整完成.在軋制過程中,當(dāng)軋制壓力發(fā)生變化時,其波動量由壓力傳感器測量出來,經(jīng)位移轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成位移補償信號Δs.該信號再乘以調(diào)節(jié)系數(shù),輸出給輸入環(huán)進(jìn)行輥縫調(diào)節(jié).當(dāng)液壓缸的位移調(diào)整量達(dá)到Δs時,由位移傳感器反饋的信號與通過壓頭測量的補償信號相等.這時,調(diào)節(jié)完畢,由軋制壓力波動造成的軋機(jī)彈跳得到完全補償.

圖1 液壓壓下系統(tǒng)的方框圖

之后,轉(zhuǎn)換為大功率的液壓信號 (流量與壓力)輸出.公式為:

式中:Wsv—伺服閥的傳遞函數(shù);

ωsv—伺服閥的頻寬,由樣本可得ωsv=194.78 rad/s;

ξsv—伺服閥的阻尼系數(shù),參考樣本頻率響應(yīng)曲線,計算出ξsv=0.258,則伺服閥的傳遞函數(shù)為:

動力元件的傳遞函數(shù):

當(dāng)以 Q0為輸入,Xp為輸出時,其傳遞函數(shù)為:

伺服放大環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù):

考慮到伺服放大器頻寬比伺服閥高得多,于是:

式中:Wa—伺服放大器的傳遞函數(shù);

Ka—放大器 (PI D)的比例增益,取 Ka=0.146;

Gc(s)—校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù).位移傳感器:

由于系統(tǒng)中選用高精度、高響應(yīng)的位置傳感器 ,因此:

式中:Wf—位移傳感器的傳遞函數(shù);

Kf—檢測環(huán)節(jié)增益,取 Kf=100.

如圖 2所示.

圖2 液壓壓下系統(tǒng)的 Bode圖

在 Simulink環(huán)境下,建立如下的系統(tǒng)模型:

圖3 液壓壓下系統(tǒng)的 Simulink仿真模型

對液壓壓下系統(tǒng)進(jìn)行 matlab仿真,其單位階躍響應(yīng)曲線如圖 4所示:

圖4 液壓壓下系統(tǒng)仿真結(jié)果

2 結(jié)論

由液壓壓下系統(tǒng)Bode圖可知,系統(tǒng)的幅值裕量Kg=6.04dB,相位裕量γ =79.4°,系統(tǒng)的幅值裕度大于 6 dB,相角裕度大于 60℃,說明此系統(tǒng)是穩(wěn)定的,能滿足設(shè)計要求.

由液壓壓下系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)圖則可知系統(tǒng)的上升時間 tr=0.307s,最大超調(diào)量Mp=33.8%,調(diào)整時間(2%)ts=2.86s,調(diào)整時間 (5%)ts=2.06s,穩(wěn)態(tài)誤差 ess=0,具有較好的時域響應(yīng)特性.

[1]王春行.液壓控制系統(tǒng) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2]黃忠霖.控制系統(tǒng) MATLAB計算及仿真 [M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.

[3]劉長年.液壓伺服系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1989.

[4]肖志權(quán),等.長行程閥控非對稱缸建模分析 [J].流體傳動與控制,2007,(1):19-22.

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TP271+.32

A

1008-4681(2010)02-0042-02

2010-01-04;

2010-02-10

萬巍 (1967-),男,湖南湘鄉(xiāng)人,安徽工業(yè)大學(xué)工程實踐與創(chuàng)新中心教師,工程師,碩士.研究方向:工程實踐教學(xué)與科研.

(責(zé)任編校:簡子)