850單機(jī)冷連軋機(jī)液壓AGC控制系統(tǒng)

白 華

（貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

1 緒論

1.1 概述

近年來，冷軋帶板生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對冷軋薄板的需求量越來越大，對成品質(zhì)量的要求也越來越高。厚度偏差是冷軋板帶最重要的尺寸精度指標(biāo)之一。調(diào)整厚度是厚度控制的最主要方法，常用于消除由于影響軋制力的因素造成的厚差。

1.2 液壓AGC簡介

液壓AGC采用了液壓執(zhí)行元件（壓下缸）的AGC，國內(nèi)稱為液壓壓下系統(tǒng)。AGC是現(xiàn)在板帶軋機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)，去其功能是不管板帶偏差的各種擾動(dòng)因素如何變化，都能自動(dòng)調(diào)節(jié)壓下缸的位置，即軋機(jī)的工作輥間隙，從而是出口板厚恒定，保證產(chǎn)品的目標(biāo)厚度、同板差、異板差達(dá)到性能指標(biāo)要求。

（1）基本控制思想。

軋機(jī)的彈跳方程：h=S+P/K

AGC系統(tǒng)中h為被控量，希望它恒定，影響板厚變化的各種因素為擾動(dòng)量。由于擾動(dòng)因素多而變化復(fù)雜，因此，AGC系統(tǒng)的基本控制思想是：位置閉環(huán)控制+擾動(dòng)補(bǔ)償控制。

（2）系統(tǒng)工作原理。液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)控制能源輸出的裝置，在其中輸入量與輸出量之間自動(dòng)而連續(xù)的保持一定的符合一致的關(guān)系，并且利用這兩個(gè)量之差來控制能源的輸出。系統(tǒng)工作原理方塊如圖1：

圖1 工作原理方塊圖

2 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理

由于液壓伺服控制系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn)，如執(zhí)行元件快速性好，抗負(fù)載剛度大等，而這些正是現(xiàn)代帶材軋機(jī)所需要的，同時(shí)，為了提高精度采用閉環(huán)控制。

用測厚儀測得板材實(shí)際厚度與給定厚度比較，將偏差以電壓的形式通過伺服閥達(dá)到控制液壓缸的動(dòng)作，調(diào)整軋機(jī)的軋輥輥縫，從而控制板材的厚度。

2.2 伺服控制系統(tǒng)的原理及其組成

液壓伺服系統(tǒng)是一個(gè)控制能源輸出的裝置，在其中輸入量與輸出量之間自動(dòng)而連續(xù)的保持一定的符合一致的關(guān)系，并且利用兩個(gè)量之間的差來控制能源的輸出。

實(shí)際的液壓伺服系統(tǒng)無論多復(fù)雜，都是一些基本元件所組成的。

圖2 液壓伺服系統(tǒng)基本組成

液壓伺服系統(tǒng)由四個(gè)基本組成部分：偏差檢測儀、轉(zhuǎn)換放大、放大機(jī)構(gòu)和控制對象。

2.3 伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

進(jìn)行負(fù)載匹配。所謂負(fù)載匹配：是指伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性與負(fù)載特性的相互聯(lián)系的安排，伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性為所表達(dá)拋物線

v為運(yùn)動(dòng)速度；QNL為伺服閥無載流量；PS為供油壓力；A為活塞有效面積；f為液壓缸的總推動(dòng)力。

伺服系統(tǒng)的負(fù)載特性為所表達(dá)的橢圓

f為所需要的推力；k為負(fù)載彈簧剛度；ω為圓頻率；γ為振幅；b為阻尼系數(shù)。

進(jìn)行負(fù)載匹配時(shí)，要把兩條曲線畫在同一個(gè)f-v或P-Q平面上，并令驅(qū)動(dòng)特性包圍負(fù)載特性。進(jìn)行負(fù)載匹配的目的是要確定液壓泵站、液壓缸、電液伺服閥等部分基本參數(shù)。

3 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能測試

3.1 負(fù)載特性分析

軋機(jī)液壓壓下系統(tǒng)，大壓下量是采用位置閉環(huán)恒輥縫控制，平整狀態(tài)時(shí)采用力閉環(huán)恒軋制力。其次，“閉環(huán)控制”具有抗干擾能力，對系統(tǒng)參數(shù)變化不太敏感，控制精度高，響應(yīng)速度快，但要考慮穩(wěn)定性問題，且設(shè)備成本高?！伴_懷控制”不存在穩(wěn)定性的問題，但不具有抗干擾能力，控制精度和響應(yīng)速度取決于各環(huán)節(jié)或元件的性能，控制精度低，設(shè)備成本也較低。

3.2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)和方框圖

由第二章系統(tǒng)的控制方框圖，以液壓缸活塞桿的位置為反饋的閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖所示：

圖1 位置反饋系統(tǒng)方框圖

（1）缸－負(fù)載的傳遞函數(shù)。由上圖可知壓下缸－負(fù)載的傳遞函數(shù)為：

（2）伺服放大器和位移傳感器的傳遞函數(shù)。位移傳感器的傳遞函數(shù)：kf=1V/m

圖2 系統(tǒng)方框圖

3.3 動(dòng)態(tài)仿真

應(yīng)用MATLAB軟件，根據(jù)系統(tǒng)方框圖，對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真：

圖3 開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

圖4 閉環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖

圖5 單位階躍響應(yīng)

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)主要作用是對連扎機(jī)的壓下量進(jìn)行精確微小的調(diào)整，用來消除厚度偏差，確保成品鋼板的精度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并且得到了實(shí)際的應(yīng)用。