卷取机AJC装置机械液压耦合物理建模与仿真.pdf

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1、第3期（总期64期）No.3(SerialNo.64)2014年5月FluidPowerTransmissionandControlMay,2014卷取机AJC装置机械液压耦合物理建模与仿真李宇林（中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆401122）摘要：简要论述了热轧卷取机AJC装置工作原理和液压伺服控制回路，得到了AJC装置控制系统方块图，针对控制系统方块图的各个环节，建立了机械液压耦合二维物理模型，并对该模型进行了仿真分析，得到了系统的动态特性。关键词：卷取机；AJC装置；机械液压；耦合；仿真中图分类号：TH137文献

2、标志码：A文章编号：1672-8904-（2014）03-0014-0031热轧卷取机AJC装置3.1助卷臂建模卷取机AJC装置由液压伺服回路控制助卷臂运助卷臂受AJC缸的推拉作用，绕铰轴O点摆动，动，从而完成位置和压力闭环控制，实现踏步。卷取在助卷时助卷臂以设定好的助卷力压在带钢表面上，机AJC装置由3个助卷子系统组成，每个子系统由1助卷臂受到相应的反力作用。助卷臂本体刚度较大，只AJC液压缸、1个助卷臂（含1根助卷辊）组成。助卷反力对其变形影响可忽略不计，因此建模时将助AJC装置的液压回路为典型的四通阀控制非对卷臂

3、作为刚体，无变形。综合考虑助卷臂、铰轴、及铰称缸回路：AJC缸为单作用缸，由1只伺服阀双腔控轴处的摩擦阻尼系数，建立助卷臂装置物理模型如图制，液压缸设置位移传感器，两腔管道设置压力传感2所示。器。在控制时，对AJC缸位移及两腔压力进行检测并传回控制器，由控制器根据控制模型进行助卷辊缝（由AJC缸位移值根据几何关系计算）位置闭环控制和助卷力（由两腔压力值根据几何关系计算）闭环控[1]制。2AJC装置控制系统方块图对AJC装置液压伺服控制系统进行分析，其主要环节有液压伺服阀、管道、液压缸、负载、位置及压力检测与反馈等，综合

4、可得到图1所示系统方块图。图2助卷臂物理模型对于助卷臂本体模块Body6，须设置如下几个重要参数见图3：Mass（质量）、Inertia（基于Body坐标系的3×3惯量矩阵）、基于Body坐标系的各点坐标值（铰轴O点、质心、AJC缸与助卷臂铰轴B点、及其它需要关注的任意位置）。图1AJC装置控制系统方块图由图1可知，整个系统由指令信号、比较环节、PID控制器、泵源、伺服阀、管道、液压缸、压力、位移反馈装置、助卷臂等子系统或模块搭建而成。[2][3]3AJC装置机械液压耦合物理建模收稿日期：2013-12-20作者简介：

5、李宇林（1974-），男，高级工程师，主要从事流体传动与控制方向的设计及研究工作。图3Body块参数输入窗口2014年5月李宇林：卷取机AJC装置机械液压耦合物理建模与仿真第15页使用Revolute1模块来表征助卷臂的固定铰轴O（启动摩擦系数）、f（粘性摩擦系数）、c（过渡系vfrv点，需要为Revolute1模块进行力学参数的赋值：铰轴数）等参数赋值，通过对液压缸的测试，并根据处弹性系数K1及摩擦阻尼系数b。转轴与轴套均为Stribeck摩擦力模型公式对测试数据整理分析以获得钢制，在转动时变形细微，可以忽略不计；经

6、过实测，这些参数。摩擦阻尼系数b是AJC缸位移值的函数并与旋转方3.3机构接口建模向相关。建模时，系统提供的弹簧阻尼模块只能为K1和b赋固定值，故建立传感器—执行器反馈系统来如图6，建立机构接口子系统。其中，模块Body描述阻尼系数b引起的摩擦阻力矩作用，如图4所示。A表征AJC缸活塞及活塞杆，与助卷臂铰轴B点通过旋转副Revolute1模块连接；模块BodyB表征AJC缸缸筒，它通过旋转副Revolute4模块与固定位置铰接。模块BodyA与BodyB的自由度由平面副Pris-matic模块确定。平动接口模块（Pri

7、smatic-Transla-tionalInterface）起到关键作用，它将前端连接的AJC缸模型产生的力、速度、运动方向等物理变量传递给后端连接的缸体缸筒运动副物理模型，从而建立起基于SimHydraulics液压模型和基于SimMechanics机械物理模型的耦合模型。图4摩擦阻力矩建模（Damper子系统）3.2AJC缸建模基于SimHydraulics为液压缸建模，在使用双作用液压缸模块（Double-ActingHydraulicCylinder）对图6机构接口子系统AJC缸尺寸、运动方向、初始条件等赋值

8、时，还需使用3.4其它摩擦力模块（CylinderFriction）描述AJC缸的摩擦力基于Matlab-simulink，还建立了指令信号、比较特性，如图5所示。环节、PID控制器、泵源、伺服阀、管道等系统环节的相应模型。4仿真分析建立M文件，为前述模型中需要指定的初始参数或初始条件赋值。运行M文件，调节控制参数，对AJC装置机