萬能軋機(jī)輥縫控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

陳猛 鄒昶方 杜預(yù) 樊繼開

摘 要：液壓伺服技術(shù)由于其高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于萬能軋機(jī)輥縫控制同時(shí)，也帶來系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。本文介紹了萬能軋機(jī)輥縫控制的工作原理、對(duì)軋機(jī)輥縫控制的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，得出輥縫控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和方框圖。最后對(duì)軋機(jī)輥縫控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：軋機(jī)；輥縫；液壓伺服；數(shù)學(xué)模型；穩(wěn)定性

H型萬能軋機(jī)因其結(jié)構(gòu)緊湊、組件快速更換和高動(dòng)態(tài)的輥縫調(diào)整技術(shù)、可以軋制高精度復(fù)雜斷面型鋼等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)。[1，2]而軋機(jī)輥縫控制一般采用液壓伺服閉環(huán)控制，這樣就會(huì)帶來系統(tǒng)工作穩(wěn)定性問題。[3]本文介紹了萬能軋機(jī)輥縫調(diào)節(jié)的基本原理、對(duì)軋機(jī)輥縫控制的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，得出輥縫控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和方框圖，并對(duì)其幅值裕度和相位裕度進(jìn)行計(jì)算。

1 輥縫調(diào)節(jié)工作原理

萬能軋機(jī)機(jī)架內(nèi)安裝有上輥和下輥兩個(gè)水平輥及兩個(gè)立棍，分別位于操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)。水平輥的上升下降、立棍的前進(jìn)后退均由相應(yīng)的調(diào)節(jié)液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。每根水平輥由兩個(gè)液壓缸進(jìn)行控制，在液壓缸的柱塞端安裝壓力傳感器來計(jì)算軋制力，同時(shí)調(diào)節(jié)缸上安裝有高精度位移傳感器用于精確測(cè)量活塞桿的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 軋機(jī)彈跳數(shù)模型

軋機(jī)軋制時(shí)的機(jī)架會(huì)產(chǎn)生一定的彈性變形，軋件會(huì)產(chǎn)生塑性變形，彈跳方程為：

3 數(shù)學(xué)模型穩(wěn)定性分析

用系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性來分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性是最有效的方式，通過上文的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)得到結(jié)合公司自己研發(fā)的軋機(jī)參數(shù)得到系統(tǒng)的開環(huán)增益K=40.7，動(dòng)力機(jī)構(gòu)固有頻率ωh=203rad/s，系統(tǒng)阻尼比ξ=0.1。則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：

在Matlab中仿真的開環(huán)Bode圖如下圖所示，可以得到軋機(jī)輥縫控制數(shù)學(xué)模型的幅值裕度9.52dB，相位裕度82.6°，因此系統(tǒng)按此參數(shù)設(shè)計(jì)穩(wěn)定，且有足夠的幅值裕度和相位裕度。

4 結(jié)論

本文對(duì)輥縫控制系統(tǒng)的軋機(jī)彈跳和液壓伺服控制數(shù)學(xué)模型進(jìn)行推導(dǎo)，得出了輥縫控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和方框圖。并利用此數(shù)學(xué)模型對(duì)具體研發(fā)項(xiàng)目的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，并且數(shù)學(xué)模型的正確性得到了工程實(shí)踐的驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊浩.軋機(jī)輥縫控制系統(tǒng)建模及軋制數(shù)據(jù)分析[D].武漢科技大學(xué)，2010.

[2]Li Zhonghua，Zou Sufeng.Application of the Roll Gap Automatic Detection System for the H-beam Universal Mill[J].Metallurgical Equipment，2013.

[3]徐濤.軋機(jī)液壓輥縫監(jiān)控系統(tǒng)的建模與仿真[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006.