羅翔晏

摘 要：論文介紹了自動控制技術是全液壓地下卷取機的關鍵核心技術，該技術將直接影響鋼卷的卷取質(zhì)量。本文通過建立全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統(tǒng)、助卷輥液壓系統(tǒng)、夾送輥液壓系統(tǒng)和側導板液壓系統(tǒng)各系統(tǒng)的數(shù)學模型，得到各系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。論文結合系統(tǒng)工程、流體力學和經(jīng)典控制論等理論，并利用MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了全液壓地下卷取機液壓系統(tǒng)的計算機仿真模型。在此基礎上，對模型作了計算機仿真，并應用仿真結果對全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統(tǒng)、助卷輥液壓系統(tǒng)、夾送輥液壓系統(tǒng)和側導板液壓系統(tǒng)各系統(tǒng)工作穩(wěn)定性分析。對于液壓伺服系統(tǒng)的設計、設備調(diào)試和維護管理具有重要的實際意義。

關鍵詞：液壓伺服系統(tǒng)；傳遞函數(shù)；動態(tài)建模與仿真；SIMULINK

引言

隨著液壓技術的不斷發(fā)展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，液壓傳動與控制系統(tǒng)本身越來越復雜，要求的傳遞動力范圍更大、控制精度更高，系統(tǒng)柔性化與系統(tǒng)各種性能要求更高，所有這些都對液壓系統(tǒng)的設計提出了新的更高的要求。采用傳統(tǒng)的以完成執(zhí)行機構預定動作循環(huán)和滿足系統(tǒng)靜態(tài)特性要求的系統(tǒng)設計遠遠不能滿足上述要求。因此對于現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的設計研究人員來說，對液壓傳動與控制系統(tǒng)進行動態(tài)特性研究，了解和掌握液壓系統(tǒng)工作過程中動態(tài)工作特性和參數(shù)變化，以便進一步改進和完善液壓系統(tǒng)，提高液壓系統(tǒng)的響應特性，提高運動和控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

液壓系統(tǒng)動態(tài)特性是其在失去平衡狀態(tài)到達新的平衡狀態(tài)這一過程，所表現(xiàn)出來的特性，引起此動態(tài)過程的原因歸納起來主要有兩個：一個是傳動與控制系統(tǒng)的過程變化引起的；另一個是由外界干擾引起的。在這一過程中，系統(tǒng)中各參變量都在隨時間變化，這種變化過程性能的好壞，就決定系統(tǒng)動態(tài)特性的優(yōu)劣。研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的主要問題有兩個方面：一方面是穩(wěn)定性問題，即高壓系統(tǒng)中壓力瞬間峰值與波動情況，主要分析液壓系統(tǒng)是否會因為壓力峰值過高而產(chǎn)生壓力沖擊，或系統(tǒng)經(jīng)過動態(tài)過程后，是很快到達新的平衡狀態(tài)，還是形成較持續(xù)的振蕩；另一方面是過渡過程品質(zhì)問題，即執(zhí)行機構和控制機構的響應品質(zhì)和響應速度，主要研究系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)所經(jīng)歷的過渡時間，達到壓力峰值的時間以及速度、位移等參數(shù)隨時間的變化等。

1.研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的主要方法

研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的主要方法有傳遞函數(shù)分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數(shù)字仿真法等。

1.1 傳遞函數(shù)分析法

傳遞函數(shù)分析法是基于經(jīng)典控制理論的一種研究方法。用經(jīng)典的控制理論對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)特性分析通常只限于單輸入、單輸出的線性系統(tǒng)，一般先建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，寫出其增量形式，然后進行拉普拉斯變換，從而寫出傳遞函數(shù)，再將傳遞函數(shù)用波德圖表示。通過相頻曲線或幅頻曲線分析其響應特性，或是進行拉普拉斯逆變換。遇到非線性問題，常常不考慮其非線性或簡化成線性系統(tǒng)。因此用這種方法分析液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性具有一定的局限性，也不可避免的會出現(xiàn)誤差。

1.2 模擬仿真法

模擬仿真法是在計算機特別是微型計算機還未發(fā)展到如今這樣普遍的時候，用模擬計算機或模擬電路來進行液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的模擬分析方法。該方法具有接近實際情況、系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整和調(diào)試簡單以及運算速度快等優(yōu)點，但最大的缺點是運算精度低。

1.3 實驗研究法

用實驗研究法分析液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性也是一種行之有效的研究手段，特別是過去還沒有數(shù)字仿真等實用的理論研究方法是，只能依靠實驗方法進行分析。通過實驗研究可以直觀地、真實地了解液壓系統(tǒng)動態(tài)特性和參數(shù)變化，但是用這種方法分析系統(tǒng)周期長、費用高、且往往不具有通用性。如今，實驗研究法常常作為對重要的液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)字仿真或其他理論研究結果進行驗證的手段，或是作為對液壓系統(tǒng)動態(tài)建模與仿真方法、對所建模型與仿真結果進行驗證的方法與手段。

1.4 數(shù)字仿真法

隨著控制理論的進步和計算機技術的發(fā)展，數(shù)字仿真法便是利用計算機技術研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的一種新方法。此方法先是建立液壓系統(tǒng)動態(tài)過程的數(shù)字模型――狀態(tài)方程，然后在計算機上求出各種主要變量在動態(tài)過程的時域解。數(shù)字仿真具有周期短和費用低等優(yōu)點。

對液壓系統(tǒng)進行仿真分析，不僅為系統(tǒng)的設計和調(diào)試提供了強有力的理論依據(jù)，而且在優(yōu)化系統(tǒng)性能方面使得專業(yè)技術人員在調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)時能夠有的放矢。

2.卷取機自動控制原理研究

卷取機的主要設備有入口側導板裝置、夾送輥裝置、機架、助卷輥裝置、主傳動裝置、卷筒裝置、卷筒活動支撐裝置等，其中側導板、夾送輥、助卷輥和卷筒采用液壓伺服控制系.

3.結束語

上文對全液壓地下卷取機的工藝進行較深入的研究，目的在于工藝更好地指導控制、設備維護、管理，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過建立了全液壓地下卷取機的卷筒液壓系統(tǒng)、助卷輥液壓系統(tǒng)、夾送輥液壓系統(tǒng)和側導板液壓系統(tǒng)各系統(tǒng)的數(shù)學模型，得到了各系統(tǒng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，借助MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了液壓系統(tǒng)的計算機仿真模型，并得到了計算機仿真結果，通過應用仿真結果對液壓系統(tǒng)進行了動態(tài)特性分析。使得我們能夠更加深入學習卷取機液壓伺服系統(tǒng)的原理，了解系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)的改變對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度的影響，對于設備調(diào)試和維護管理具有重要的實際意義。

但是，系統(tǒng)的動態(tài)特性分析涉及到多個學科的知識，分析過程中難免有考慮不周之處，這需要在今后進一步研究和探討。

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