步进梁加热炉速度控制系统建模和仿真

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1、7武汉理工大学学报﹒信息与管理工程版步进梁加热炉速度控制系统的建模及仿真徐金云，张丹红（武汉理工大学自动化学院，武汉430070）摘要：针对步进梁加热炉的速度特点，结合实际生产情况及工作要求，确定了适合该系统的速度控制方案：泵控缸式容积调速回路。从理论上分析了步进梁加热炉速度控制系统的基本特性，通过力学分析比较精确的建立了系统的数学模型，在此基础上加入基于重复补偿的PID控制，并进行了仿真。仿真结果表明，系统响应快，跟随精度高。关键词：加热炉；速度控制；重复补偿;Simulink仿真中图分类号：TP312ModelingandSimulati

2、onofWalkingBeamReheatingFurnaceSpeedControlSystemXUJinyun,ZHANGDanhong(SchoolofAutomation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract：Referringtowalking-beamreheatingfurnace’svelocityfeature,combiningthepracticalproductionconditionandworkrequirements,thepapermake

3、scertainofthevelocitycontrolversionwhichadaptstothesystem,itiscapacityspeedgoverningcircuitofpumpcontrollingcylinder.Thearticleanalyzesthebasiccharacteristicsofthewalkingbeamheating-furnacespeedcontrolsystem,whileestablishingmathematicalmodelofthesystemspreciselythroughmech

4、anicsanalysis,onthisbasis,addingPIDcontrolbasedonrepetitivecompensation,andmakingsimulation.Simulationresultsshowthatthesystemresponsequicklywhilewithhighprecision.Keywords：furnace；Speedcontrol；repetitivecompensation；Simulinksimulation引言工业上现在使用的步进梁加热炉大多由于年代久远，许多液压元件已逐渐达到或超过

5、使用寿命，控制方式也比较落后[1]。由于步进炉液压系统作程序循环运动，具有步进周期短、运动速度较高、惯性负载大、多缸同步、连续工作、可靠性要求高等特点，再考虑到步进梁加热炉的工艺要求，因而需要设计其速度控制系统[2]。通过比较分析，我们得出泵控容积式调速是最适合步进粱加热炉速度控制的方法[3]，它的主要原理是采用改变液压泵的有效工作容积进行调速。近年来提出了一种基于内模原理的重复控制算法，其原理是：如果参考信号的发生器包含在一个稳定的闭环系统中，被控输出就能够无误差地跟踪参考信号[4]。在此基础上，结合液压控制与计算机控制的双重优势，本文引入

6、基于重复补偿的PID控制技术来进一步改善步进梁加热炉速度控制系统的控制效果。1步进梁加热炉速度控制系统回路步进梁加热炉速度控制系统回路如图1所示，为一泵控缸型的容积调速回路。其中电动机以不变转速带动变量泵旋转，变量泵的输出流量与其斜盘倾角γ成正比，其高压腔和低压回油腔分别与液压油缸的进油口与回油口相连，因此泵和油缸组成了闭环回路。为了补充液体泄漏，防止出现空穴现象和空气渗入系统，并保持回油腔有一定的常值压力，这种泵控系统装有补油泵，补油泵的出口分别通过单向阀与变量泵的进出口相连，并装有溢流阀，以保证回油压力不变[5]。7武汉理工大学学报﹒信息

7、与管理工程版1.变量泵2.液压油缸3.补油泵4、6.溢流阀5.单向阀图1步进梁加热炉速度控制系统回路2步进梁加热炉速度控制系统回路数学模型步进梁加热炉速度控制系统原理图如下所示：图2步进梁加热炉速度控制系统框图图2中，为给定输入电压，Δi为放大器输出，为比例阀流量，为液压缸位移，为变量泵流量，为升降（水平）缸位移。（1）泵控油缸回路分析假设为了分析泵控缸动力元件的特性，需要先建立泵控系统的传递函数模型。要建立泵控缸的传递函数模型，就必须先建立从输入量起到输出量止的全部基本方程。为了分析及运算过程简便，现做五点假设：1）变量泵的角速度（rad/

8、s）是恒定的。在实际使用中这是不可能的，因为必然会随负载的增加而下降，其下降程度取决于拖动变量泵转动的电动机的特性。这里只讨论泵控系统的特性，故略去电动机特性这一因