轧机液压厚度控制系统的动态特性分析

1、10液压与气动2005年第3期轧机液压厚度控制系统的动态特性分析牛巍,黄效国,管东方TheStudyontheDynamicCharacteristicofHydraulicAGCSystemNIUWei,HUANGXiao2guo,GUANDong2fang(北京科技大学机械工程学院,北京100083)摘要:轧机液压厚度控制系统采用位置闭环及压力闭环控制。文章分析了系统各个环节对系统动态性能的影响,并建立了板带轧机的AGC控制模型。研究结果与实际是完全相符的。关键词:液压AGC;闭环控制;动态特性中图分类号:TP273文献标识码:B文章编号:100024858(2005)0320010202

2、1引言液压厚度控制(HAGC)技术是将机械、液压、自动控制等专业紧密连接在一起的综合先进技术。它的主要设备由1套以计算机、1套以液压系统、2个液压缸(构组成。(每侧1个)4(每个液压缸2个)。液压系统为伺服控制系统,一般采用位置和压力两种闭环控制方式(见图1)。位置控制控制液压油流量以便使每个液压缸位置保持在理想位置。压力控制控制液压油流量将每个液压缸压力保持为理想值。h=2eAp/(tMt)(2)0+0=Mtt+K/Kh)p活塞及负载的黏性阻尼系数Mt活塞及负载的总质量(3)通常负载阻尼系统Bp的影响很小,所以上式一般写成0=2eKce/(0Vt(1+K/Kh)。212伺服阀传递函数电液伺服

3、阀的传递函数可以按二阶振荡环节取用:vvs+1其中KSV伺服阀的流量增益v固有频率+2=2I阻尼比v图1液压AGC控制系统原理图213直流伺服放大器、位移传感器、压力传感器的传2确定系统中各环节的传递函数211液压缸传递函数递函数伺服放大器一般是由电子元件组成,响应速度很快,可以不计其时间常数,简化作为比例放大环节,用Ka来表示。位移传感器的响应频率远高于液压缸负有弹性负载的阀控差动液压缸的传递函数为:X=Q(1)载的固有频率,故其传递函数可认为是比例环节,用Kf来表示。压力反馈环节的传递函数为:2s,Apr+12+2s+1002式中K负载刚度(轧机刚度)Xp液压缸移动距离Q进入液压缸的液压油

4、流量0二阶环节固有频率0=hh液压固有频率式中KpL为压力传感器增益。+K/Kh收稿日期:200420927),男,黑龙江尚志人,硕士生,主要作者简介:牛巍(1979研究方向为电液系统数字控制与仿真。2005年第3期液压与气动11图2AGC系统Simulink仿真模型3系统动态性能分析系统稳定性条件是:r>0°,一般取r=30°60°Kg(dB)>6dB或Kg>2。其中r相位裕在Matlab中利用Simulink仿真工具箱建立如下的仿真模型:PID控制器采用p调节,在kp=51时,APC系统(只有位置反馈)和AGC系统的阶跃响应及AGC系统量,K

5、g(dB)或Kg幅值裕量。由式(2)可以看出:二阶环节固有频率0主要受系统液压固有频率h及负载刚度K、液压弹簧刚度Kh的影响。负载刚度K主要取决于轧辊及轧辊轴承的刚度;液压弹簧刚度Kh主要受液压油的体积模量活塞的有效面积Ape、液压油的品质不同,同;由式(3)可知,。由于液压缸的泄漏系数Ctp通常比伺服阀的流量2压力系数Kc小得多,所以0主要取决于Kc值。而Kc值随工作点不同会有很大变化,在零位时Kc值最小,在计算系统的稳定性时,应取零位时Kc值,因为此时的稳定性最差。二阶环节阻尼比0表明了系统的相对稳定性,为获得满意的性能,液压阻尼比应具有相当的值,一般要求014<0<018。通

6、常液压系统都是低阻尼的,特别是大缸径的轧机压下液压系统,因此提高液压阻尼比对改善系统稳定性能十分关键。方法有:设置旁路泄漏通道;采用正开口伺服阀;增加负载的黏性阻尼;在满足液压刚度及负载的条件下减小缸径。4系统动态性能的仿真本文以某中厚板轧机为例,采用Matlab对系统的动态性能进行仿真,主要仿真参数如表1。表1仿真参数参数Ap的Bode图如图2所示。图2曲线图由图2可以看出,在以压力反馈为主反馈的AGC系统中,系统的调节时间为20ms,比APC系统提高了1015ms,系统的响应速度大幅提高,这与板材轧制的实际生产是完全相符的。系统的幅值裕量为6109dB,相角裕量为65,系统的稳定性良好。5结论本文分析了构成液压AGC系统主要元件的动态特性,建立了板带轧机液压AGC系统的动态模型,研究结果显示表明,基于这种模型所进行的动态模拟结果与理论和实际相一致。因此,AGC系统动态特性分析的结论是正确的。参考文献:1刘长年1液压伺服系统的分析与设计M1北京:科学出数值01985m2-12参数Mt5数值56024kg4175×10N/m626146rad/s9参数数值Ksv2168&#