冷连轧机轧制力伺服控制系统仿真分析

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1、1450冷连轧机轧制力伺服控制系统仿真分析班级：09级机控二班小组成员：宋旭通、张文辉杨森、孙永海指导老师：张伟、权凌霄、姚静2021/7/61电液伺服力控制系统仿真分析轧机简介轧机是实现金属轧制过程的设备。可按轧制品种、轧机型式和公称尺寸来命名。具体知识可参照百度百科。2021/7/62电液伺服力控制系统仿真分析轧机简介直拉式可逆冷轧机拓普XGK轧机进口20辊轧机特厚板轧机轧机轧辊轧机机组2021/7/63电液伺服力控制系统仿真分析研究目的通过本课题的研究，我们要重点掌握以下知识点1、力控制系统设计方法；2、阀控缸力控制系统建模；3、系统稳定性、稳

2、态精度、响应速度分析方法及影响因素；4、PID控制的基本原理；2021/7/64电液伺服力控制系统仿真分析设计参数1、任务书给出的各项参数序号参数项参数值单位备注1最大负载力750t2伺服缸行程30mm3液压油源恒压油源恒压变量泵4工作压力25MPa5有杆腔背压3MPa6油液密度850Kg/m37油液粘度32mm2/s7工作温度40℃9压力检测范围0-40MPa9压力检测输出有杆腔压力传感器4-20mA2021/7/65电液伺服力控制系统仿真分析设计参数2、与负载相关的参数10轧机结构负载刚度11活塞及负载折算到活塞的总质量t12最大压下速度13返程

3、最大速度14活塞及负载的粘性阻尼系数15动态响应2021/7/66电液伺服力控制系统仿真分析设计过程伺服缸等系统元件参数设计、电液伺服阀、伺服放大器选型；2)建立阀控缸力控制系统的数学模型；3)采用MATLAB及SIMLINK软件仿真模型；4)分析得出1450电液伺服轧制力控制系统的时间响应曲线和频率响应曲线，得出该系统的频宽。2021/7/67电液伺服力控制系统仿真分析压下力控制简图1450冷轧机轧制力伺服控制系统，以力作为被调量。该系统主要由液压泵、放大器、溢流阀、电液伺服阀、液压缸、压力传感器等组成。当指令装置发出的电压信号经放大器放大后控制伺

4、服阀的动作，进而控制液压缸输出力，该力由压力传感器检测转换为反馈信号，与指令信号相比较，得到偏差电压信号。此偏差信号经放大后输入到伺服阀，使伺服阀产生负载压差作用于液压缸活塞上，使输出力向减小误差的方向变化，直至输出力等于指令信号所规定的值为止。在稳态情况时，输出力与偏差信号成比例。2021/7/68电液伺服力控制系统仿真分析系统原理图拟定2021/7/69电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—基本方程阀控液压缸的动态可用以下三个基本方程表示2021/7/610电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—液压缸设计2021/7/611电液伺服力控制系统仿真分析

5、设计过程—伺服阀选定2021/7/612电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—伺服阀选定2021/7/613电液伺服力控制系统仿真分析力士乐伺服阀四通伺服方向阀型号4WSE3EE电反馈(第3级)通径16额定流量100L/min阀带内置放大器，控制：给定值±10V、±10mA阀芯遮盖量0至0.5%,正开口设计过程—伺服阀选定2021/7/614电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—伺服阀选定2021/7/615电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—伺服阀选定2021/7/616电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—压力传感器选定2021/7/617电液伺服力控

6、制系统仿真分析设计过程—传递函数2021/7/618电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—传递函数2021/7/619电液伺服力控制系统仿真分析设计过程—传递函数2021/7/620电液伺服力控制系统仿真分析系统方框图确定2021/7/621电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真若相角裕度γ＜0，则系统不稳定，若γ＞0，系统稳定。γ越小，系统稳定性越差，一般取γ=30°～60°为宜；幅值裕度Kg（dB）＜0，系统不稳定，Kg（dB）＞0，系统稳定，为了得到满意的性能，通常取Kg（dB）＞6dB（Kg＞2）。由bode图看出，该系统虽然稳定，但是由于

7、穿越频率几乎为零，所以系统的响应时间会很长，这不满足系统快速性的要求。所以要对系统进行校正，首先要提高系统的响应速度就应该增大系统开环增益。2021/7/622电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真—校正由图可见系统还是不稳定，且系统存在穿越频率过小，所以对系统进行滞后超前校正。增益取得到K=1000如下bode图2021/7/623电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真—校正可见系统的幅值裕度为负值，所以在中高频段又进行了滞后校正。校正的传递函数为得到如下bode图：2021/7/624电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真—校正图中相

8、角裕度γ=39°，在30°～60°之间；幅值裕度Kg（dB）=5.92（dB），基本满足要求；穿越频率w=9