冷轧机工作辊弯辊控制系统模拟.pdf

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1、第37卷第1期辽宁科技大学学报、，01．37No．12014年2月JournalofUniversityofScienceandTechnologyLiaoningFeb．2014冷轧机工作辊弯辊控制系统模拟赵荣，廖德勇，刘宝权(1．鞍山技师学院机械系，辽宁鞍山114020；2．鞍钢股份公司大型厂，辽宁鞍山114009；3臌钢集团钢铁研究院辽宁鞍山114009)摘要：冷轧机弯辊集自动控制技术、液压伺服技术、流体动力学、轧制辊系变形等学科于一体，用传统传递函数建立的系统数学模型计算结果与实际差距较大。

2、本文基于MATLAB的SIMUL1NK平台，应用影响函数法精确地计算了弯辊缸的负载等效刚度，建立了能够详尽描述弯辊系统的数学模型。模拟结果表明，半闭环弯辊系统的阶跃响应时间为0．115s，与实测阶跃响应吻合。考虑管道影响后，实际弯辊力响应时间为半闭环弯辊系统的2倍。关键词：冷轧机工作辊；控制系统模拟；影响函数法；液压管路中图分类号：TF341．6：TP273文献标识码：A文章编号：1674．1048(2014)01．0010．07冷轧板形和厚度及其精度是衡量板带质量的重要指标。板形控制的核心是对辊缝

3、形状的控制。液压弯辊控制系统是通过装设在弯辊缸块上的液压缸向工作辊或中间辊辊颈施加液压弯辊力，使轧辊产生附加弯曲，来瞬时改变轧辊的有效凸度，从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸沿横向的分布，以补偿由于轧制压力和轧辊温度等工艺因素的变化而产生的辊缝形状的变化¨。轧辊弯辊是板形控制中最为活跃和有效的因素，是板带轧制生产中最主要的保证成品板形质量的手段之一_2]。实际的弯辊系统多采用半闭环控制系统，用伺服阀出口的压力替代弯辊缸的实际压力，其控制精度较低。实际弯辊力响应时间究竟滞后半闭环控制系统多少，未见类

4、似研究结果。实际轧制过程中，受轧辊偏心、辊缝润滑剂层厚度变化、轧辊轴承油膜厚度变化、控制系统的干扰、入口厚度的变化、硬度变化、平直度变化等影响必然导致轧制力变化，轧制力波动必然导致出口厚度波动，致使产品出现板形缺陷。根据板形良好条件，弯辊力必须对轧制力的波动进行快速实时补偿，并要求具有较高的响应速度、无超调、无震荡和高稳态精度。由于参数难于获取或模型难于实现，以往进行模拟计算时系统做了简化处理，从而对液压伺服系统模拟结果的真实性产生较大的影响b]。采用MATLAB软件的SIMULINK模拟平台对弯辊

5、控制系统进行动态模拟分析，可以方便灵活地更改参数，为提高系统的动静态性能、产质量提供可行性方案。本文的工作辊弯辊系统模拟考虑管道的影响，建立了能准确描述系统特性的弹性负载力控制系统模型，以实际应用的某冷轧厂4号线1780冷轧机组的工作辊弯辊系统作为模拟对象，并将模拟的结果与实际轧制数据进行比较。1系统组成图1所示为操作侧上下工作辊弯辊缸的半闭环控制回路。正负弯辊由安装在伺服阀后液压油路上的换向阀根据一级计算机发出的正负弯指令实现自动切换。伺服阀出口的油压通过压力传感器将油压信号转换为电流信号，电流信

6、号经过隔离放大器转换为~10V电压信号，该反馈电压信号通过A／D转换为数收稿日期：2013．08．22。作者简介：赵荣(1964一)，女，辽宁鞍山人，副教授。第1期赵荣，等：冷轧机工作辊弯辊控制系统模拟字量信号，再转换成油压，油压乘以相应的弯辊缸的个数及活塞面积或杆侧面积即为相应的实际弯辊力。不同操作模式的弯辊力没定值，与反馈的实际弯辊力值相比较，差值经过数字PI运算、限幅，经过D／A转换为~10V电压，再经过隔离放大器转换为~10mA的电流信号，该电流作为伺服阀的输入，伺服阀的输入电流与阀芯位置反

7、馈电流信号的差值作为伺服阀内置放大器的输入，内置放大器输出电流信号驱动伺服阀的力矩马达，力矩马达的摆动导致两侧喷嘴间隙发生变化，主阀芯两侧油压失去平衡而移动，伺服阀出口油压达到设定值。控制回路中积分环节主要是补偿伺服阀的机械零偏和温度零漂，使正常工作时伺服阀的输人电流稳定在士0．5mA内，以保证伺服阀的高频响应。操作侧弯辊力设定值圈1工作辊弯辊系统的组成Fig．1Systemstructureofworkrollbendingcontrolsystem2数学模型2．1伺服阀的基本方程用于工作辊弯辊的

8、伺服阀为二级电液伺服阀，型号为MOOGD765，其本身固有频率高于5OHz，弯辊缸的固有频率也高于50Hz，工作辊弯辊控制系统的传递函数为)==gv(1)。式中：Q(S)为伺服阀输出油液流量，m3／s；1(s)为伺服阀输入电流，A；S为拉普拉斯算子；为伺服阀的固有频率，rad／s；为伺服阀阻尼比，可根据伺服阀样本给出幅频特性曲线推导出；为伺服阀的流量增益，m／(s·A)。Ko的大小与油源压力、负载压力有关。2．2弯辊缸和负载的平衡方程忽略库仑摩擦等非线性负载，忽略弯辊