轧机窜辊液压控制系统仿真分析

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1、1500轧机窜辊液压控制系统仿真分析组员：卢彪、林加城冯续、桑子涵、董海洋班级：机控1班指导老师：张伟、孔祥东2013年7月目录一、轧机窜辊技术21.1轧机窜辊技术概述2二、伺服阀32.1伺服阀选用32.2伺服阀静态特性4三、传感器的选用4四、阀控非对称液压缸系统数学建模54.1比例阀的负载流量方程64.2非对称液压缸的负载流量方程74.3液压缸和负载的力平衡方程94.4阀控非对称液压缸位置闭环控制系统数学模型10五、阀控非对称液压缸位置控制系统动静特性研究115.2系统数学模型参数确定115.3阀控非对称液压缸位置控制系统稳定性分析145.3阀控非对称液压缸位置控制系统频率特性分析16

2、5.4系统的阶跃响应特性分析19六、结论20一、轧机窜辊技术1.1轧机窜辊技术概述所谓工作辊窜辊就是工作辊就是工作辊沿轴线方向上的水平移动，工作辊的窜辊是均匀工作辊磨损的优选措施，同时对提高弯辊的功效，降低工作辊的过度挠曲及减小有害接触区有一定的作用。工作辊的窜辊一般有四个液压缸进行控制，分别分布在上下工作辊操作侧的入口侧和出口侧，每个液压缸上都有一个位置传感器，通过传感器检测工作辊的窜动位置，在窜动过程中必须保持上下工作辊偏离中心线的位置同步、上工作辊入口侧和出口侧两个液压缸的位置同步、下工作辊入口侧和出口侧两个液压缸的位置同步，这些都通过传感器检测的数值反馈到程序内部进行计算并把计算

3、的结果输出到对应的伺服阀来进行调节。工作辊的窜辊分为正窜和负窜：所谓正窜就是指上工作辊向驱动侧移动，下工作辊向操作侧移动，使辊的弯曲度增加，能有效减少边部波浪；所谓负窜是指上工作辊向操作侧移动，下工作辊向驱动侧移动，使辊的弯曲度减小，使边部波浪产生的可能性增加。窜辊是在静态状态下进行的，在热连轧项目中应用在精轧部分，在自动模式下窜动的位置由二级（过程自动化）给定，手动模式下操作员可以根据经验值进行设定值的调整，窜辊在板带材进入机架前已经提前摆好位置并锁定，在轧制过程中是不允许进行窜动的，窜动的目的主要是减小轧辊的磨损，但对板带材的平整度控制也有一定的影响，另外在换辊时窜动一定的位置可以方

4、便上工作辊落在下工作辊的支撑位置方便工作辊的抽出。21二、伺服阀2.1伺服阀选用伺服阀选用Moog公司型号为D634-383C/R24KO2M0NSX2，参数如下：212.2伺服阀静态特性三、传感器的选用21针对轧机阀控缸位置控制系统,位移传感器是决定系统性能指标的重要一环。我们在这里选择美国MTS磁致伸缩线性位移传感器。美国MTS磁致伸缩线性位移传感器是应用磁致伸缩技术研制而成,其主要特点如下:1)它具有精度高、重复性好、稳定性好、非接触式测量、寿命长、安装方便、可适应恶劣的工况等特点。2)它的输出信号是一个真正的绝对位置输出,而不是比例的或需要再放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变

5、值的情况,不需要定期重新标定和维护,即使电源中断重新接通也不会对数据接收构成问题,更无须重新归回零位。磁尺因其特有的优点,己在国内工控领域得到越来越广泛的应用。磁致伸缩位移传感器广泛应用在伺服液压油缸、气轮机气阻阀门、伺服汽缸活塞、水轮机导叶开度等的位移量检测与控制和很多要求机械定位和位移检测精度高的设备上。该产品不但可以测量运动物体的直线位移,而且还可同时给出运动物体物速度快慢的模拟信号。灵活的供电方式和多种可选模拟信号输出,可应用在各种闭环控制系统中,与各种控制器连接,且性能价格比高。良好的环境适应性、可靠性和稳定性,可广泛应用于替代电阻式位移传感器、LllD等传感器作为位移测量之用

6、。其主要性能参数如下表所示。性能参数技术指标有效量程0~200mm重复性误差<0.01%F.S非线性误差<0.05%F.S迟滞<0.002%F.S温度影响<0.01%F.S更新时间0.2~5ms四、阀控非对称液压缸系统数学建模四通阀控单出杆液压缸的传递函数阀控液压缸的动态特性取决于阀和液压缸的特性并和负载有关。分析时按集中参数考虑，假定负载是质量、弹簧和粘性阻尼构成的单自由度系统，如图4.1所示。214.1比例阀的负载流量方程假定:(l)阀为理想零开口四通滑阀,4个节流窗口是匹配和对称的;(2)不考虑液体在阀腔里的压缩性;(3)阀具有理想的响应能力,即阀芯位移和负载变化立即引起流量的相应

7、变化;(4)供油压力Ps恒定不变,回油压力P为o。1)当液压缸做正向移动,即时比例方向阀的流量方程为:{式中:Q1液压缸无杆腔流量(L/min);Q2有杆腔流量(L/min);Cd阀的流量系数;w窗口面积梯度(m);x阀芯的位移(m):pl无杆腔压力(Pa);p2有杆腔压力(Pa);ps油源压力(Pa);液压油密度(Kg/m3)由上式可求出左右两腔的流量比：定义pL为负载压力且由上式得：{故得：{联立上式，得：21将和的比例阀流量方