连轧机组液压辊缝控制系统的设计

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1、连轧机组液压辊缝控制系统的设计　　(内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010) 　　摘要：通过对连轧机组液压辊缝控制系统的研究，推理其数学模型并进行仿真，了解了PID参数对系统的影响，近而掌握了伺服阀、PID控制及系统软件在该系统中所起的作用。 　　关键词：连轧HGC系统；仿真；伺服阀；PID；系统软件 　　中图分类号：TG333文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)20—0075—02 　　包钢无缝钢管厂ф180机组连轧机辊缝控制，采用当今世界先进的液压伺服控制系统,电气控制采用INNSE公司基于

2、X-PactProBAS结构的新CARTAMPM-HGC系统。该系统的核心是液压辊缝控制(HGC)，本设计通过对HGC系统的研究，推理数学模型并仿真，了解了伺服阀及PID控制在该系统中的影响和应用，加强了对该系统薄弱环节的预防和改造,提高了产品质量和轧制节奏，对该厂有着重要的意义。 1HGC基本功能 　　HGC是一种闭环控制功能，提供液压缸的快速和精确定位。位置控制环给出伺服阀的给定，接收位置传感器和压力传感器来的反馈信号，每个缸都有一套独立的液压位置调节［1］。为了保护系统，当出现轧制过载或操作员干预的主机停车时，控制系统立即

3、将辊缝打开到安全位置，在轧制过程中，如果控制系统检测到报警，通过电磁阀锁定当前液压缸位置，直到完成当前钢管的轧制。当轧制力超过设定极限时，系统产生报警提醒操作员注意，并且通过调整液压缸位置来防止轧制力继续增大。高速控制器将执行以下功能：①缸位置控制；②轧制力计算；③自动流量补偿控制；④位置同步控制；⑤自动辊缝控制；⑥伺服阀漂移调节；⑦自动缸位置传感器归零；⑧报警程序；⑨和一级自动化系统的连接。 2主要技术指标 2.1连轧液压辊缝控制的电气控制原理框图 　　740)this.width=740"border=undefined>

4、 2.2数学模型的辨识 　　在HGC系统中，调整压下是厚度控制的主要方式，它通过改变辊缝的大小来保证轧机出口钢管的壁后。液压缸自动位置闭环控制系统作为HGC系统的核心，其性能指标直接决定HGC的指标。在对HGC系统的研究中,对轧机APC系统数学模型的辨识进行了研究。 2.2.1可辨识分析 　　由于存在液压扰动和输出漂移，故对APC的辨识采用闭环辨识技术。本文所用的为伪随机信号。 2.2.2机理模型 　　经过对伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、位移传感器及二次仪表的机理方程的分析可得APC系统动态结构如图1所示。

5、　　740)this.width=740"border=undefined> 　　图中Ui为位置给定，Uf为实测位置，式中Ka为放大器增益，Ap为液压缸活塞有效面积；Ka为总流量压力系数；K为平均变形抗力，ωr为一阶环节转折频率，ω0为综合固有频率，ξ0为综合阻尼比，KSV为伺服阀放大系数，ωsv为伺服阀等效固有频率，ξSV为伺服阀等效阻尼比。［2］ 　　很显然，所得5阶传递函数过于复杂，将其近似成一个二阶系统对分析系统的稳定性影响不大，本设计将运用递推最小二乘法辨识APC的二阶传递函数的参数。 2.2.3输入信号选择

6、　　间接辨识法不适应本系统，故采用直接辨识法。鉴于工程实现的考虑，采用M序列作为输入信号，进行辨识前要先确定M序列的长度和游程Δt，由n级移位寄存器产生的M序列长度为N=2n-1个码。M序列的选择要遵循以下两个标准： 　　1/3Δt≥fmax(1)；Δt＞ts，式中，fmax为过程的最高频率，ts为过渡过程时间，M为序列长度，Δt为M序列的游程。［3］ 2.2.4调节器参数对辨识结果的影响 　　考虑到位置闭环是通过改变PID调节器参数来使系统具有良好的响应特性，因此需要确定PID参数对系统辨识的影响情况。以二阶振荡环节

7、为被控对象进行研究。仿真结构如图2所示。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　图2中，r为系统阶跃输入信号，u为M序列输入信号，y为被控对象输出。被控对象传递函数为： 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　得ωn=3r/s，ξn=0.2,ts=3.5/(ωnξn)≈6s， 　　选M序列为6阶，游程Δt=0.05s,即可满足和式，M序列幅值取为0.2V。 　　当采样周期为0.05S时，待辨识模型对应的离散模型为： 　　740)t

8、his.width=740"border=undefined> 辨识模型结构为： 　　y(k)+a1y(k-1)+a2y(k-2)=b1u(k-1)+b2u(k-2)(5) 　　式中，a1,a2,b1,b2为二阶