萬(wàn) 巍,邱正明

(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)

軋機(jī)液壓壓下系統(tǒng)的特性分析＊

萬(wàn) 巍,邱正明

(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)

通過(guò)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(duì)此方式下液壓壓下系統(tǒng)的動(dòng)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(jiàn)系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)液壓壓下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)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(dòng)態(tài)消除因擾動(dòng)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(dòng)化水平及對(duì)板帶材的質(zhì)量要求越來(lái)越高,對(duì)液壓輥縫控制系統(tǒng)的控制要求也越來(lái)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(dòng)、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(duì)液壓壓下系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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(guò)電液伺服閥對(duì)液壓缸的流量和壓力的調(diào)節(jié)來(lái)控制液壓缸上、下移動(dòng)的行程來(lái)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(dòng)液壓缸動(dòng)作,進(jìn)行輥縫預(yù)設(shè)定.同時(shí),液壓缸內(nèi)的位移傳感器將實(shí)際軋輥位置信號(hào)反饋回來(lái).當(dāng)輥縫給定與反饋值相等時(shí),液壓缸停止動(dòng)作,輥縫調(diào)整完成.在軋制過(guò)程中,當(dāng)軋制壓力發(fā)生變化時(shí),其波動(dòng)量由壓力傳感器測(cè)量出來(lái),經(jīng)位移轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成位移補(bǔ)償信號(hào)Δs.該信號(hào)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(shí),由位移傳感器反饋的信號(hào)與通過(guò)壓頭測(cè)量的補(bǔ)償信號(hào)相等.這時(shí),調(diào)節(jié)完畢,由軋制壓力波動(dòng)造成的軋機(jī)彈跳得到完全補(bǔ)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(hào) (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(jì)算出ξsv=0.258,則伺服閥的傳遞函數(shù)為:

動(dòng)力元件的傳遞函數(shù):

當(dāng)以 Q0為輸入,Xp為輸出時(shí),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(cè)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(duì)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(shuō)明此系統(tǒng)是穩(wěn)定的,能滿足設(shè)計(jì)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(shí)間 tr=0.307s,最大超調(diào)量Mp=33.8%,調(diào)整時(shí)間(2%)ts=2.86s,調(diào)整時(shí)間 (5%)ts=2.06s,穩(wěn)態(tài)誤差 ess=0,具有較好的時(shí)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(jì)算及仿真 [M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001.

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

[4]肖志權(quán),等.長(zhǎng)行程閥控非對(duì)稱(chēng)缸建模分析 [J].流體傳動(dòng)與控制,2007,(1):19-22.

[5]王棟梁,等.非對(duì)稱(chēng)閥控制非對(duì)稱(chēng)缸的分析研究 [J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(2):118-121.

TP271+.32

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1008-4681(2010)02-0042-02

2010-01-04;

2010-02-10

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

(責(zé)任編校:簡(jiǎn)子)