單機架可逆軋機液壓agc控制策略研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　板帶材厚度精度是板帶材產(chǎn)品的兩大質(zhì)量指標之一。厚度自動控制簡稱為AGC(Automatic Gauge Control)，是現(xiàn)代化冷軋薄板生產(chǎn)中實現(xiàn)高精度軋制的重要手段。目前隨著軋制理論、控制理論和人工智能理論的發(fā)展，以及他們在軋制工程中的應(yīng)用，使得板帶產(chǎn)品的厚度精度與板形指標有了很大程度的提高。然而，對單機架可逆式冷帶軋機采用

2、專門的控制技術(shù)，用以實現(xiàn)對板帶材的高精度控制，仍是板厚控制領(lǐng)域研究的熱點問題之一。</p><p>　　本文在收集和消化大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對自動厚度控制的基本理論以及軋機的幾種AGC控制方式進行了研究，為今后研究更高精度的軋機控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)。根據(jù)液壓AGC系統(tǒng)的構(gòu)成，詳細推導了液壓軋機負載動態(tài)數(shù)學模型，建立了單機架可逆冷帶軋機液壓AGC位置控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。在得出液壓AGC系統(tǒng)數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，

3、應(yīng)用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID算法對控制器進行了設(shè)計。</p><p>　　最后，通過Matlab軟件，對所建模型進行了仿真分析，證明這種方法具有響應(yīng)較快，超調(diào)量小等優(yōu)點，并且系統(tǒng)的魯棒性好，達到了設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓AGC；位置控制系統(tǒng)；單神經(jīng)元自適應(yīng)PID；仿真</p><p><b>　　Abstract</b><

4、/p><p>　　The accuracy of strip gauge is one of the two key quality targets in strip production. Automatic Gauge Control is called AGC for short. Meanwhile,it’s a important means to achieve the high accuracy in

5、modem tandem cole rolling.At present,huge advancements have been derived with the development of rolling theory,control theory and artificial intelligence theory and with their application in the rolling process.However,

6、it is still one of researching hotspot problem in strip gauge control field tha</p><p>　　In this paper, basic theory of automatic guage control and several AGC control method are studide and analyzed on the

7、basis of collecting and digesting related literature at home and abroad.It provides the way to the higher accuracy research an provides the theory references.Based on the structure of the hydraulic AGC system,dynamic mat

8、hematical model of hydraulic mills are deduced and founded in detail.And then designd the controller by using the single neuron adaptive PID algorithm.</p><p>　　At last, the model are simulated and analyzed

9、by using Matlab software.The improved system is proved that it has many advantages.For example,fast response,small overshoot,better robust performance and so on.</p><p>　　Keywords:hydraulic AGC; position con

10、trol system; single neuron adaptive PID ; simulation</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　厚度是板帶鋼最主要的尺寸之一，隨著技術(shù)的進步，厚度自動控制已成為現(xiàn)代化板帶鋼生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分。厚度自動控制（AGC-Automation Gauge Control）的基本方式是通過

11、測厚儀或者其他傳感器對帶鋼的實際軋出厚度進行連續(xù)測量，根據(jù)實測值與給定值相比較得到的偏差信號，借助各種測量裝置調(diào)整壓下量、張力或壓下速度，將軋機出口厚度控制在允許的偏差范圍內(nèi)。</p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　板帶厚度精度是板帶材的兩大重要要質(zhì)量指標之一，板厚控制技術(shù)是板帶軋制領(lǐng)域里的兩大關(guān)鍵技術(shù)之一。板帶厚度精度關(guān)系到金屬的節(jié)約、構(gòu)建的重量以及強度等使

12、用性能，為了獲得高精度的產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)必須具有高精度的壓下調(diào)節(jié)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的支持。目前隨著軋制理論、控制理論和人工智能理論的發(fā)展，以及它們在軋制工程中的應(yīng)用，使得板帶產(chǎn)品的厚度精度與板形指標有了很大程度的提高。然而，對單機架可逆式冷帶軋機采用專門的控制技術(shù)，用以實現(xiàn)對板帶材的高精度控制，仍是板厚控制領(lǐng)域研究的熱點問題之一。</p><p>　　冷軋板帶在軋材產(chǎn)量中所占比重反映了一個國家的現(xiàn)代化水平。我國今兒是年

13、來不僅國有鋼鐵企業(yè)建立了一批高水平的中厚板軋機及帶鋼冷連軋機，民營企業(yè)也業(yè)建設(shè)了一批水平不低的板帶軋機，是我國板帶材產(chǎn)量達到了一億五千多萬噸。板帶軋機是冶金工業(yè)中要求自動化程度最高點的領(lǐng)域，幾乎所有板帶軋機都應(yīng)用了計算機控制技術(shù)。值得慶賀的是我國60%以上板帶軋機的計算機控制系統(tǒng)是國內(nèi)自主集成和自主開發(fā)的，不僅民營企業(yè)板帶軋機計算機控制系統(tǒng)主要由國內(nèi)自主開發(fā)，一批國有企業(yè)，如鞍山·鋼鐵集團公司這樣的大型國有鋼鐵企業(yè)也以自己研發(fā)

14、為主，依靠國內(nèi)力量自主集成板帶軋機計算機控制系統(tǒng)。與此同時，國內(nèi)的科研人員對板帶軋制計算機控制技術(shù)驚醒了深入的研究，對從國外引進的設(shè)備和技術(shù)進行了學習、改造和創(chuàng)新。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展高速發(fā)展，特別是近些年來家電行業(yè)、機電行業(yè)、轎車行業(yè)、建筑業(yè)和運輸業(yè)的崛起，高性能、高附加值的冷軋板消費在急劇</p><p>　　增加，對冷軋板厚控制技術(shù)的要求越來越高。在我國，裝備較先進的現(xiàn)代冷軋機及控制系統(tǒng)基本上都是引進國外設(shè)備

15、，我國自行研制的軋機因技術(shù)含量不高，出產(chǎn)的產(chǎn)品競爭力較差。國內(nèi)軋機厚度精度呃待提高。因此本課題所研究的單機架可逆冷帶軋機液壓AGC控制策略的問題，不僅為今后研究更高精度的軋機控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)而且對生產(chǎn)實踐具有重要的指導意義。 </p><p>　　1.2 AGC發(fā)展的歷史概況</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外發(fā)展過程</p><p>　　板厚控制技術(shù)及其理論

16、的發(fā)展經(jīng)歷了由粗到細、由高到低的發(fā)展過程。上世紀三十年代以前，板帶軋機厚度控制一直屬于人工操作階段。這一階段的軋機裝機水平較低，厚度控制是以手動壓下或簡單的電動壓下移動棍縫為主。自三十年代以來，到六十年代進入了常規(guī)自動調(diào)整階段。該階段中軋制理論的發(fā)展和完善為板帶軋機的厚度控制奠定了基礎(chǔ)。第三階段是六十年代至八十年代的計算機控制階段。這一階段主要形成了計算機控制AGC系統(tǒng)，它能最大限度的消除系統(tǒng)不利影響，在各部分獨立工作的同時，充分發(fā)揮綜

17、合優(yōu)勢，使系統(tǒng)更加完善。第四階段，八十年代至現(xiàn)在，板厚控制技術(shù)向著大型化、高速化、連續(xù)化得方向發(fā)展。這一階段已將板厚控制的全部過程溶于計算機網(wǎng)絡(luò)控制的過程自動化級和基礎(chǔ)自動化級。兩方面的不斷追求和在一起，開發(fā)出高精度、無人操作的厚度自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　冷帶軋機板厚控制技術(shù)從軋機誕生起，直到由計算機完成各種復雜功能的控制，其發(fā)展

18、過程是隨著對冷軋帶材尺寸精度要求越來越高而相應(yīng)發(fā)展起來的從最開始的電動壓下發(fā)展到現(xiàn)在的電液伺服壓下，從原來的集中控制到現(xiàn)在的分布式計算機控制，冷帶軋機板厚自動控制技術(shù)有了長足的進步。特別是近年來，國內(nèi)外板型和板厚控制技術(shù)飛速的進展。</p><p>　　國外早在五十年代就開始在電動機械壓下軋機上采用AGC控制技術(shù)以提高帶材縱向厚度精度。國外軋機的厚度控制應(yīng)用于電動機械軋機和液壓軋機、冷軋機和熱軋機、連軋機和單機價

19、軋機。近三十年來，國外軋機的裝備</p><p>　　水平發(fā)展很快。在冷代軋機上廣發(fā)利用液壓壓下、液壓彎棍、厚度自動控制、板形控制和計算機控制等技術(shù)，在新技術(shù)運用方面均已采用液壓AGC系統(tǒng)與計算機控制相結(jié)合的DCS，裝設(shè)了測量精度高的三測儀表（測厚、測壓、測張），且裝設(shè)了板形檢測裝置。人工智能（AI）技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，包括模糊控制（FZ）、專家系統(tǒng)（ES）和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)在AGC系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)取

20、得了巨大成果和經(jīng)濟效益。</p><p>　　我國在這方面的發(fā)展也很迅速，如在基礎(chǔ)控制方面、計算機控制、控制算法上取得了很大成績。智能控制等先進控制技術(shù)在軋機軋制力控制等方面也有了初步應(yīng)用，并取得了一定成果。我國自行研制的冷熱板帶軋機的液壓AGC系統(tǒng)也在軋制線上也得到了成功應(yīng)用。</p><p>　　我國的現(xiàn)有冷帶板的生產(chǎn)已有較大的改善。然而總體上還存在著裝備水平低，單套機組產(chǎn)能低，產(chǎn)品質(zhì)

21、量有待提高等諸多問題。近幾年，許多引進的軋機相繼進行了技術(shù)改造，增加液壓壓下系統(tǒng)，并配備計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)液壓厚度自動控制。在吸收國外AGC先進控制的基礎(chǔ)上，開發(fā)實用性、高精度自控系統(tǒng)裝備現(xiàn)有的設(shè)備，能使我國鋼鐵冷軋設(shè)備的控制水平進一步提高。</p><p>　　1.2.3未來發(fā)展趨勢</p><p>　　雖然AGC系統(tǒng)在各個方面有不同程度的發(fā)展，但是，由于各方面因素的限制，AGC系統(tǒng)還

22、并不完美。對于AGC這樣一個多變量、強耦合、非線性的實時控制過程，一方面采用最優(yōu)控制、多變量控制、自適應(yīng)控制、預測控制等最新控制理論理論，以追求控制性能的最高水平；另一方面采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等智能算法，以追求系統(tǒng)的靈活性和多樣性。以上兩方面的追求融合在一起，開發(fā)出高精度的厚度自動控制系統(tǒng)是AGC控制技術(shù)發(fā)展的大趨勢。各種控制理論和智能算法的不同組合也在這一領(lǐng)域提供了廣闊的探索空間。</p><p>

23、<b>　　1.3本文主要內(nèi)容</b></p><p>　　（1）本文在收集和消化大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對板帶軋機厚度控制的基本理論以及軋機的幾種AGC控制方式進行了分析，為今后研究更高精度的軋機控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)。</p><p>　?。?）根據(jù)液壓AGC系統(tǒng)的構(gòu)成，從伺服閥的基本方程、液壓缸連續(xù)性方程、液壓缸和負載的力平衡方程入手，詳細推導了液壓軋機負載動

24、態(tài)數(shù)學模型，建立了液壓缸系統(tǒng)動態(tài)模型及液壓AGC電液位置控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。</p><p>　?。?）在得出液壓AGC電液位置控制系統(tǒng)數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID的知識對控制器進行了設(shè)計。</p><p>　?。?）使用Matlab軟件，對所建模型進行了仿真分析，證明這種方法具有響應(yīng)較快，超調(diào)量小等優(yōu)點，并且系統(tǒng)的魯棒性好，達到了設(shè)計要求。</p><p

25、>　　第2章 AGC理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 AGC的基本概念</p><p>　　厚度是板帶鋼最主要的尺寸之一，隨著技術(shù)的進步，厚度自動控制已成為現(xiàn)代化板帶鋼生產(chǎn)中不可缺少的重要組成部分。厚度自動控制（AGC-Automation Gauge Control）的基本方式是通過測厚儀或者其它傳感器對帶鋼的實際軋出厚度進行連續(xù)測量，根據(jù)實測值與給定值相比較得到的偏差信號，借

26、助各種測量裝置調(diào)整壓下量、張力或壓下速度，將軋機出口厚度控制在允許的偏差范圍內(nèi)。</p><p>　　2.2 軋機的彈性變形與彈跳方程</p><p>　　2.2.1 軋機的彈跳變形</p><p>　　在軋制過程中由于受軋制力的作用，軋機工作機座(軋輥及軸承、壓下裝置和機架等)產(chǎn)生一定量的彈性變形。工作機座的總變形量可達2-6mm。工作機座的彈性變形將影響軋輥的開

27、口度和輥形，從而對軋制產(chǎn)品的精度造成影響，尤其對軋制薄而寬的板帶材產(chǎn)品，影響更大。</p><p>　　圖2-1示出了二輥軋機工作時軋輥的彈性變形示意圖。厚度為H的軋件進入軋輥輥縫前，軋輥的開口度(稱為空載輥縫或原始輥縫)為S0，軋件進入軋輥輥縫后，在軋制力P的作用下，工作機座在軋輥輥身中部產(chǎn)生了變形廠，使輥縫增大為S，同時軋輥產(chǎn)生彎曲變形，使與軋件接觸的軋輥形狀呈凹形(假設(shè)軋輥原始輥形為圓柱形)。彈性變形的結(jié)果

28、使實際壓下量減小，軋件出口厚度大于空載輥縫值，沿軋件寬度方向的厚度不均勻，即出現(xiàn)橫向厚差。軋制后的軋件厚度為 </p><p>　　h=S0+f （2-1）</p><p>　　式中h—軋后的軋件厚度(簡稱軋件厚度)； </p><p><b>　　S0—空載輥縫； </b></p>&

29、lt;p>　　f—機座彈性變形(機座在軋輥輥身中部的彈性變形)； </p><p>　　由此可見，要得到厚度為h的軋件，應(yīng)把空載輥縫S0調(diào)整到比厚度h小一個機座彈性變形量f的值上。</p><p>　　機座的彈性變形可分為兩部分：一部分是軋輥(或輥系)的變形，它包括軋輥的彎曲變形和彈性壓扁。這部分變形除了加大軋輥實際輥縫外，還使輥縫在軋件寬度方向上產(chǎn)生不均勻的變化；另一部分是除軋輥以

30、外的各受力零件的變形，它包括軋輥軸承和軸承座、墊塊、壓下裝置等零件產(chǎn)生的壓縮變形，機架立柱的拉伸變形和機架橫粱的彎曲變形等。這部分變形使軋輥實際輥縫均勻增大。</p><p>　　2.2.2軋機彈跳方程</p><p>　　機座的彈性變形與軋制力有關(guān)。機座的彈性變形量f與軋制力P之間的關(guān)系曲線，稱為彈性變形曲線或彈跳曲線，如圖2-2所示。</p><p>　　由彈性

31、變形曲線可知，當軋制力較小時，機座彈性變形與軋制力成非線性關(guān)系，這是由于機座各零件之聞的接觸面凹凸不平和軋輥的非線性接觸變形造成的。當軋制力達到一定數(shù)值后，機座彈性變形與軋制力成線性關(guān)系。由于通常不在低負荷區(qū)軋制，故一般都把彈性變形曲線看成是線性的。 </p><p>　　因此，機座彈性變形曲線的斜率，用下式表示： </p><p>　　M=tanα=△P／△f

32、 （2-2）</p><p>　　式中 M一稱為軋機的縱向剛度系數(shù)； </p><p>　　△P一軋制力變化量； </p><p>　　△f一彈性變形的變化量。</p><p>　　由式（2-2）可見，軋機的縱向剛度系數(shù)的物理意義是使軋機產(chǎn)生單位形變所需的軋制壓力，它表征了機座抵抗彈性變形的能力。一般認為，機座的縱向剛度系數(shù)越

33、大，軋機控制軋件縱向厚差的能力越強。</p><p>　　由圖2-1可見，軋制后的軋件厚度h可近似的表示為：</p><p>　　h≈S0+P/M （2-3）</p><p>　　式中 P—軋制壓力。 </p><p>　　該式稱為機座的彈跳方程。它表示了軋件厚度與空載輥縫、軋制壓力和軋機縱向剛度

34、系數(shù)之間的關(guān)系，是軋機自動厚度控制系統(tǒng)的一個基本方程。</p><p>　　由于機座各零件之間的非線性接觸變形不穩(wěn)定，每次換輥之后都有變化，故彈跳曲線中的非線性部分經(jīng)常是變化的，因此式(2-3)很難在實際當中應(yīng)用。</p><p>　　在實際生產(chǎn)中，為了消除上述的不穩(wěn)定和非線性影響，先將軋輥預壓靠到一定的壓力只，并將此時的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)置為零，稱為人工零位。見圖2-3，圖中的彈跳曲線

35、Aˊ就是預壓靠曲線。在零位點處軋輥開始接觸，當壓靠力為P0時，牟L輥空載輥縫為－S，是一個負值。以此點作為人工零位，即將壓靠力為P0時軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零(稱為清零)。顯然，當壓靠力等于零時，實際的空載輥縫為零，而輥縫指示器讀數(shù)則為S0。如果軋輥上升，當實際的空載輥縫為S時，輥縫指示器讀數(shù)則為S0ˊ=S+ S0。曲線丬為在此輥縫下的機座彈跳曲線，它與壓靠曲線Aˊ是完全對稱的。因此，彈跳方程可表示為： </p><

36、p>　　h= S0ˊ+(P－P0)/M （2-4）</p><p>　　式中 S0ˊ—人工零位后空載輥縫指示值； </p><p>　　P0—人工零位時的預靠壓力。</p><p>　　2.3軋件的塑性變形與塑性方程</p><p>　　2.3.1 軋制壓力及其影響因素 </p><

37、;p>　　在軋制過程中，軋件在軋輥間承受軋制力的作用而產(chǎn)生塑性變形，與此同時，軋件也給各軋輥以大小相等的反作用力，稱為軋制壓力。 </p><p>　　影響軋制壓力的主要因素包括相對壓下量、軋件的塑性變形抗力、張力和接觸表面摩擦系數(shù)等。 </p><p><b>　　(1)相對壓下量</b></p><p>　　在其它條件不變的情況下，隨

38、著相對壓下量的增加，軋割力增大。這是由于隨著相對壓下量的增加，不僅變形區(qū)的長度增加，單位軋制力也增加。</p><p>　　(2)軋件的塑性變形抗力</p><p>　　金屬的塑性變形抗力是指在一定變形溫度、變形速度和變形程度條件下，單向拉伸(或壓縮)的屈服極限(又稱真實應(yīng)力)，一般用σs表示。金屬的塑性變形抗力僅與材料的性質(zhì)、變形溫度、變形速度和變形程度有關(guān)，而與應(yīng)力狀態(tài)的種類無關(guān)。&l

39、t;/p><p><b>　　(3)張力</b></p><p>　　采用張力}L制是冷軋板帶的工藝特點之一。采用張力軋制使軋制力顯著降低，并且張力越大，軋制壓力越小。不論前張力或后張力均能使軋制力減小，但前張力的作用效果更大。 </p><p>　　(4)接觸表面摩擦系數(shù)</p><p>　　軋輥與軋件間接觸表面摩擦系數(shù)對

40、軋制壓力的影響也很大。摩擦系數(shù)越大，軋制壓力也越大。熱軋時的摩擦系數(shù)主要與軋輥表面粗 糙度、軋輥溫度和軋制速度有關(guān)。冷軋時的摩擦系數(shù)主要與潤滑劑的種類、軋輥 表面粗糙度、軋制速度和溫度有關(guān)。一般而言，隨著車軋制速度的提高，摩擦系數(shù)降低。熱軋時，軋輥溫度越高，摩擦系數(shù)越小，冷軋時則相反。</p><p>　　2.3.2 軋件的塑性曲線與塑性方程</p><p>　　在一定的軋件寬度和軋輥半徑

41、條件下，軋制力P是軋件寬度B，軋件厚度H，出口厚度h，摩擦系數(shù)μ，前、后張力Tf、Tb，以及軋件變形抗力σs等因素的函數(shù)，可表示為： </p><p>　　P=P(H，h，Tf，Tb，μ，σs，B) （2-5）</p><p>　　稱其為軋制壓力方程。 </p><p>　　當把除h以外所有變量都視為常量時，軋制力P與出口厚度h的關(guān)系曲線稱為軋件的塑性

42、變形曲線，如圖2-4所示，其關(guān)系式稱為軋件的塑性方程，表示為： </p><p>　　P=f(h) （2-6）</p><p>　　軋件的塑性變形曲線是非線性的，但在一般的軋機使用的壓下量范圍內(nèi)基本是線性的。軋件塑性變形曲線的斜率，稱為軋件的塑性剛度系數(shù)，可表示為</p><p>　　W=－

43、 （2-7）</p><p>　　式中W—軋件塑性剛度系數(shù)。 </p><p>　　軋件塑性剛度系數(shù)W反映了軋件變形的難易程度，即軋件的軟硬程度。軋件的塑性變形曲線及軋件塑性剛度系數(shù)可以通過實驗得到。在軋件來料厚度、張力、 摩擦系數(shù)及變形抗力等不變的條件下，改變軋后厚度h，可測得一系列相對應(yīng)的 軋制壓力P。再根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，既可繪制出軋件塑性變形曲線，進而得到軋件塑性剛度系數(shù)。

44、</p><p>　　當軋制條件變化時，塑性曲線及塑性剛度系數(shù)也隨之發(fā)生變化。在一定的軋制壓力下，軋件來料厚度愈薄，塑性曲線愈陡；軋件塑性剛度系數(shù)愈大，壓下量愈??；而張力愈大，塑性曲線愈平緩，軋件塑性剛度系數(shù)愈小，軋后軋件厚度就愈??；摩擦系數(shù)愈大，曲線愈陡，軋件剛度系數(shù)和軋后軋件厚度也愈大、愈薄。</p><p>　　2.4軋機彈塑曲線（P-H圖）</p><p>

45、　　軋機的彈跳曲線與軋件的塑性曲線及其方程，從不同的方面反映了軋制壓力P與軋件厚度h的關(guān)系。將彈跳方程與塑性方程聯(lián)立求解，即可得到軋件的厚度h。 如果采用圖解法，將彈跳曲線與塑性曲線繪制在同一坐標系內(nèi)，即可得到軋機的彈塑曲線(P—h圖)，如圖2-5所示。兩曲線交點的橫坐標即為軋制后的軋件厚度h。其中曲線A為軋機彈性曲線，曲線B為軋件塑性變形曲線。曲線A的斜率即是軋機剛度M，曲線B的斜率是軋件的塑性剛度W，它表征了使軋件產(chǎn)生單位變形所需的

46、軋制力。 </p><p>　　P—h圖直觀的表示了機座彈性變形與軋件塑性變形的情況，利用該圖可以綜合研究變形區(qū)軋件與軋機間的相互作用力與變形的關(guān)系。P-h圖是目前分析厚差和板厚控制問題的一個重要工具。</p><p>　　2.5 軋件厚度波動的原因</p><p>　　由彈跳方程式(2-4)可見，軋制后的軋件厚度主要取決于空載輥縫、軋制壓力、 軋機縱向剛度系數(shù)這三

47、個因素。因此，無論是分析造成軋件厚度波動的原因，還是闡明板厚控制的基本原理，都應(yīng)該從對這三個因素的分析入手。 </p><p>　　(1)空載輥縫的變化</p><p>　　軋輥的偏心、磨損和熱脹都會使實際的空載輥縫S0發(fā)生變化，從而使軋制后軋件厚度產(chǎn)生波動。當空載輥縫增加時，彈跳曲線向右移， 從而使軋件軋后厚度增加。反之減小。 </p><p>　　(2)軋制壓力

48、的波動</p><p>　　軋制壓力的波動是造成軋件厚度波動的主要因素。所有影響軋制力的因素都會影響到軋件塑性變形曲線的相對位置和斜率，通過改變彈跳曲線和塑性曲線交點的位置，來控制軋件的實際軋出厚度。 </p><p>　　a．當來料厚度H增大時，塑性曲線B的起始位置右移，軋制壓力增大，使軋件厚度h增大；反之，軋件厚度就減少。所以。當來料厚度不均時，軋出的軋件厚度就會出現(xiàn)相應(yīng)的波動。這種情

49、況雖然通過厚度控制能夠得到改善，但最終難以完全消除。因此，要得到高精度的軋件軋后厚度，來料厚度必須要求在一定的公差范圍內(nèi)。 </p><p>　　b．當張力增大時，軋制壓力減少，塑性曲線的斜率交小，軋件厚度變薄。 </p><p>　　c．當軋件與軋輥間摩擦系數(shù)減小時，軋制壓力會降低，塑性曲線的斜率變小，軋件厚度變薄。軋制速度對實際軋出厚度的影響，也主要是通過對摩擦系數(shù)的影 響而起作用的。

50、 </p><p>　　d．當變形抗力增大時，軋制壓力增大，塑性曲線的斜率增大，軋件厚度變厚，所以，當來料力學性能不均或軋制溫度、軋制速度發(fā)生變化時，由于造成軋件的變形抗力波動，軋出的軋件厚度將會產(chǎn)生相應(yīng)的波動。 </p><p>　　(3)軋機縱向剛度系數(shù)的變化</p><p>　　軋制過程中，由于軋輥的磨損和熱膨脹沿輥身長度方向的分布不均，將使軋輥間的接觸狀況發(fā)

51、生變化，造成輥系的彈性變形量的波動，即軋機的縱向剛度系數(shù)發(fā)生變化。另外，軋件變形抗力的波動，也會通過影響變形區(qū)工作輥的彈性壓扁，而使軋機的縱向剛度系數(shù)發(fā)生變化。當縱向剛度系數(shù)增加時，則軋機的彈性變形減小，實際的軋出厚度減小，反之增加。 </p><p>　　因此，定義一個等效縱向剛度系數(shù)Mα，來控制軋機的厚度調(diào)節(jié)能力。 </p><p>　　M=Mα∕(1－α)

52、 （2-8）</p><p>　　式中 α—補償系數(shù)。 </p><p>　　在實際軋制過程中，以上諸因素對軋件實際軋出厚度的影響都不是孤立的，往往是同時作用。因此，在厚度控制中必須綜合考慮各因素。 </p><p>　　通過以上分析可知，在圖2-4中曲線A、B的交點O決定了實際軋制力的大小，從而決定了該道次的實際軋出厚度h，因此，一切影響曲線A、B的

53、交點O位置的因素，都將影響軋件的出口厚度。板帶材的厚度控制就是力圖在交點位置變化的情況下，維持交點的橫坐標h不變，來保證軋件厚差。</p><p>　　為了消除各種原因造成的厚差，運用軋制時的彈塑性曲線，可采用各種不同的厚度調(diào)節(jié)方案和措施，具體有如下幾種方法。 </p><p>　?。?）調(diào)壓下。調(diào)壓下是厚度控制最主要的方式，常用來消除由于軋件和工藝方面的原因影響軋制壓力而造成的厚度差，調(diào)

54、壓下方法包括反饋式、厚度計式、前饋式、秒流量法液壓式等厚度自動控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于熱連軋、冷連軋的頭幾機架、單機架冷軋機上。 </p><p>　?。?）調(diào)張力。調(diào)張力即利用前后張力的變化來改變軋件塑性變形線的斜率以控制厚度。這種方法在冷軋薄板時用得較多。但目前在冷軋厚度控制時不單獨應(yīng)用此法，往往采用調(diào)壓下與調(diào)張力互相配合的聯(lián)合方法。</p><p>　?。?）調(diào)軋制速度。軋制速度的變化影

55、響到張力、溫度和摩擦系數(shù)等因素的變化，故可通過調(diào)速來調(diào)張力和溫度，從而改變厚度。</p><p>　　2.6板厚控制方式及其數(shù)學模型</p><p>　　一個完整的AGC系統(tǒng)由若干個厚度自動控制系統(tǒng)組成，其中最主要的是壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)、軋制壓力變化補償系統(tǒng)、測厚儀監(jiān)控系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)及張力控制系統(tǒng)等，油膜厚度變化補償、軋輥偏心補償和加減速過程的厚度補償也成為提高厚度精度的有效輔助控制方式

56、。隨著厚度自動控制技術(shù)的進步，近來又發(fā)展了棍縫閉環(huán)控制、物流控制及速度張力優(yōu)化等更高級、更先進的厚控方式，使厚度控制的精度得到了進一步的提高。本文只對壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)、軋制壓力變化補償系統(tǒng)和測厚儀監(jiān)控系統(tǒng)作分析，其他厚控方式不涉及，因此不再對其做介紹。</p><p>　　2.6.1壓下位置閉環(huán)系統(tǒng)</p><p>　　為了軋出給定厚度的軋件，首先必須在軋件進入棍縫之前正確地設(shè)定空載棍縫。

57、其次，在軋制過程中，為了使軋后的軋件厚度均勻一致，還必須隨著軋制條件的變化及時地調(diào)整空載棍縫的大小。這些都是通過正確地設(shè)定和控制壓下位置來完成的。壓下位置閉環(huán)的作用就是準確地控制壓下位移，達到設(shè)定和控制空載棍縫的目的。她是整個厚度自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。壓下位置控制系統(tǒng)又稱為APC（Automatic Position Control）系統(tǒng)。如圖2-6所示的液壓上推位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，其柱塞或活塞相對缸體的位移xp通過位移傳感器檢測出來。為消

58、除柱塞或活塞相對缸體擺動的誤差，通常在缸體兩側(cè)對稱位置安裝兩個位移傳感器，取其平均值作為實測位移值，或只在油缸中心位置安裝一個位移傳感器。位移傳感器檢測出來的電壓信號，負反饋到信號輸入端，與給定xp的電壓信號相比較，如有誤差△u，則通過放大器放大并轉(zhuǎn)換成電流信號△i送給電液伺服閥。伺服閥獲得電流信號△i后，轉(zhuǎn)換成液壓油的流量△Q送給壓下油缸，再由油缸變?yōu)橹灰疲恢钡絰p的反饋至xpc（實測值）與給定值xpg相等為止。這就是壓下位置閉

59、環(huán)的調(diào)節(jié)過程。圖2-6中的壓下位移調(diào)節(jié)量△xp是整</p><p>　　由于空載棍縫不僅受壓下位移的影響，而且還受軋輥的磨損、熱膨脹及偏心的影響，所以測量壓下位移還不能準確地反映空載棍縫的大小。這是上述壓下位置閉環(huán)的不足之處。</p><p>　　2.6.2軋制壓力變化補償</p><p>　　僅有壓下位置閉環(huán)只能實現(xiàn)空載棍縫的設(shè)定，軋出壓下規(guī)程所規(guī)定的厚度，而不能

60、消除軋制過程中的厚度波動。當實際的軋制條件偏離壓下規(guī)程所依據(jù)的軋制條件時，由于軋制壓力的波動將造成軋件軋后厚度的波動。軋制壓力變化補償通過連續(xù)地測量軋制過程中的軋制壓力波動△P，計算出由此造成的后差△h，然后根據(jù)一定的控制方案去調(diào)整壓下裝置以消除此厚差。</p><p>　　圖2-7所示為軋制壓力變化補償原理圖。軋制壓力P通過支撐輥軸承座與機架間的測壓儀測量出來。將測得的軋制壓力P與其設(shè)定值Ps相比較，得到軋制壓

61、力的波動信號△P，把△P除以軋機縱向剛度模數(shù)M，再乘以補償系數(shù)α，得到壓下位移的調(diào)節(jié)量△xp，把此壓下位移調(diào)節(jié)量反饋到壓下位移信號的輸入端，去補償xp的給定值，最后通過壓下位置閉環(huán)實現(xiàn)空載棍縫的調(diào)整，控制縱向厚差。此時，壓下位置閉環(huán)保證壓下位移調(diào)節(jié)量的實現(xiàn)。</p><p>　　此種控制方式壓下位移調(diào)節(jié)量得數(shù)學模型為：</p><p>　　△xp=α

62、 (2-9)</p><p>　　根據(jù)補償系數(shù)α的取值不同，可以實現(xiàn)從等候軋制到等壓軋制范圍內(nèi)不同的控制方案，有效地改變軋機的等效縱向剛度模數(shù)。軋制壓力的設(shè)定值Ps是采用軋件頭部咬入時所測得的軋制壓力數(shù)值，把它存入鎖住存儲器中作為基準值（或鎖住值）。然后，軋制壓力變化補償?shù)墓δ芫褪且攒埣^部為基準，保證沿整個帶卷長度上厚度是均勻的。而如何保證帶卷頭部的軋出厚度合格，則是設(shè)定系統(tǒng)的任務(wù)。AGC系統(tǒng)與設(shè)定系

63、統(tǒng)在功能上相互補充，從而保證了厚度的控制精度。</p><p>　　2.6.3測厚儀監(jiān)控</p><p>　　上述的壓下位置閉環(huán)控制和軋制壓力變化補償，都不能消除軋輥磨損、熱膨脹對空載棍縫的影響以及位移傳感器與測壓儀元件本身的誤差對軋出厚度的影響。為了消除上述因素的影響，在軋機出口側(cè)直接用測厚儀測出厚度偏差，然后反饋調(diào)整壓下裝置，改變空載棍縫，消除厚度偏差。這種控制方式稱為測厚儀監(jiān)控（監(jiān)控

64、AGC）或反饋式厚控系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-8為測厚儀監(jiān)控系統(tǒng)原理圖。當軋件從軋機中軋出后，用測厚儀測出其厚度hc，并將它與給定目標厚度hg相比較，得出其厚度偏差△h=hc－h(huán)g。將厚差△h乘以傳遞系數(shù)（1+W/M）轉(zhuǎn)換為壓下位移的調(diào)節(jié)量△xp，由壓下控制系統(tǒng)去調(diào)整壓下裝置，壓下位移調(diào)節(jié)量的精確實現(xiàn)仍由位置閉環(huán)保證。</p><p>　　厚度測量的精確與否直接關(guān)系到厚度控制的精度

65、。對熱連軋來說，測厚儀可以是x射線或r射線的非接觸式測厚儀。對冷連軋來說，除采用上述兩種形式的測厚儀之外，在軋制速度較低的情況下，還可以采用接觸式測厚儀。</p><p>　　考慮到軋機結(jié)構(gòu)的限制，測厚儀的維護以及為防止斷帶損壞測厚儀所采用的保護措施等因素，測厚儀一般安裝在離輥縫較遠的地方，通常L=150~1750mm。因此，厚度測量點與軋制點不在一處，之后時間為</p><p>　　τ=

66、 (2-10)</p><p>　　式中τ—測量滯后時間</p><p>　　L—軋輥中心線到測厚儀的距離</p><p><b>　　ν—軋制速度</b></p><p>　　由于有時間滯后，所以采用比例控制很難保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而要保證穩(wěn)定控制，則需要降低放大倍數(shù)，這將影

67、響靜態(tài)精度。</p><p>　　通常，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，測厚儀監(jiān)控系統(tǒng)是斷續(xù)采樣的呃，有的還設(shè)置死去，以避免系統(tǒng)頻繁動作。采樣周期根據(jù)滯后時間和系統(tǒng)時間常數(shù)確定，使調(diào)整點走到測厚儀時再進行下一次采樣。這種周期性的采樣調(diào)節(jié)，能有效地控制系統(tǒng)超調(diào)，提高厚度控制精度。</p><p>　　采樣周期隨軋制速度的變化而變化，因此，常使用與軋制速度成反比的計時器或脈沖發(fā)生器的計時器來控制采樣周期。

68、滯后時間越短，對壓下調(diào)節(jié)系統(tǒng)快速性的要求就越高。當滯后時間達到壓下系統(tǒng)時間常數(shù)的數(shù)量級后，僅僅縮短滯后時間已經(jīng)不能帶來明顯的效果，這就要求采用快速度的壓下調(diào)整裝置。</p><p>　　測厚儀監(jiān)控由于存在時間滯后，難以糾正因入口厚度驟變而引起的軋后厚差。它只能糾正低頻、緩變的偏差，并且必須經(jīng)過幾次傳遞時間之后，才能得到糾正。對于軋輥熱膨脹和磨損引起的變換緩慢的干擾量△xt和△xm、彈性曲線的不完全線性、空載棍縫和

69、軋制壓力的設(shè)定值不準、位移傳感器和壓力傳感器的測量誤差等因素所造成的軋后厚度偏差，采用測厚儀監(jiān)控是可以得到補償?shù)摹?lt;/p><p>　　測厚儀監(jiān)控由于采用測厚儀直接側(cè)厚，因而厚度的測量精度較高。但由于它存在時間滯后，因此在整個AGC系統(tǒng)中需要采用滯后時間較短的軋制壓力變化補償控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.目標厚度值給定</b></p>&l

70、t;p>　　厚度目標值的給定是由厚控系統(tǒng)以外的給定裝置或計算機完成的。目前，普遍采用目標值鎖定的方法，即把軋件頭部咬入時所測得的軋制壓力數(shù)值，把它存入鎖住存儲器中作為基準值（或鎖住值）。然后帶卷全長上的厚度仍是均勻的。如果使用真正的目標值，由于設(shè)定模型的誤差，軋件頭部的軋出厚度不一定等于真正目標值。這樣，當AGC系統(tǒng)開始工作時，會由于厚度偏差過大，使調(diào)整時間過長，導致厚度不合格的長度增加，另外也會加重厚控系統(tǒng)的負擔。</p&

71、gt;<p>　　板厚自動控制的核心是液壓位置閉環(huán)控制系統(tǒng)(AGC)，板厚自動控制系統(tǒng)由液壓位置閉環(huán)控制。如果設(shè)定準確，而且軋制過程中不存在干擾，棍縫恒定，軋件出口厚度即可保持恒定。但實際上影響厚度變化的因素是多種多樣的，必需引入對出口厚度的測量，并與給定的目標厚度進行比較，當二者出現(xiàn)偏差時，經(jīng)控制運算后對棍縫設(shè)定值做適當修正，以維持出口厚度等于目標厚度。由此構(gòu)成一個簡單的板厚自動控制系統(tǒng)。如果對板厚精度要求不是很高，改系

72、統(tǒng)是可以勝任的。由于測厚儀不可能安裝在靠近軋輥出口處，某一時刻的出口厚度要經(jīng)過一段時間滯后才能被檢測出來，因此依靠測厚儀檢測來修正出口厚度，對于緩慢變換影響厚度的因素是可行的，如軋輥磨損，軋輥熱膨脹等，而對變化較快的影響因素，依靠測厚儀監(jiān)控環(huán)來修正，就顯得無能無力了。實際軋制過程中，所有影響軋制力的因素，最終都將導致影響軋件的出口厚度，而這種變化較快的軋制力波動，不能依靠厚度監(jiān)控環(huán)來修正。為減小軋制力變化對出口厚度的影響，可通過測量軋制

73、力進行必要的補償修正。軋制力補償屬開環(huán)控制。由以上三個環(huán)節(jié)，就構(gòu)成了板厚自動控制系統(tǒng)的基本原理，這種控制系統(tǒng)具有一定的代表意義，如果參數(shù)選擇合適，這種板</p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章的主要內(nèi)容是對自動厚度控制理論的分析研究。首先從軋機的彈性變形和彈跳方程切入課題，接著介紹了軋件的塑性變形和塑性方程，進而得到了目前分析厚

74、差與板厚控制問題的重要工具—P-h圖，并運用軋機的彈塑曲線詳細分析了軋件厚度波動的原因，最后介紹了板厚控制的幾種方式。</p><p>　　第3章 液壓AGC動態(tài)模型的建立</p><p>　　3.1 液壓AGC系統(tǒng)的組成</p><p>　　帶材厚度自動控制AGC系統(tǒng)是指為使帶材厚度達到設(shè)定的目標偏差范圍而對軋機進行在線調(diào)節(jié)的一種控制系統(tǒng)。液壓AGC即HAGC系統(tǒng)

75、采用液壓執(zhí)行元件的AGC，國內(nèi)稱為液壓壓下系統(tǒng)。HAGC是現(xiàn)代板帶軋機的關(guān)鍵系統(tǒng)，其功能是不管引起板厚偏差的各種擾動因素如何變化，都能自動調(diào)節(jié)壓下缸的位置，即軋機的工作棍縫，從而使出后板厚恒定，保證產(chǎn)品的目標厚度、同板差、異板差達到性能指標要求。</p><p>　　一個完整的液壓AGC系統(tǒng)由若干個厚度自動控制系統(tǒng)組成，其中最主要的是電液位置伺服系統(tǒng)，它由供油管道、伺服閥、回油管道、液壓缸、傳感器、控制放大器組成

76、。AGC系統(tǒng)可以采用厚度外環(huán)位置內(nèi)環(huán)或厚度外環(huán)壓力內(nèi)環(huán)方式如圖3-1。恒壓力內(nèi)環(huán)可以消除偏心但將使帶鋼的擾動放大，因此一般僅在憑證方式時使用，在恒壓力外環(huán)上加上厚度環(huán)可以消除帶鋼帶來的擾動以糾正恒壓力環(huán)的不足。</p><p>　　位置內(nèi)環(huán)和壓力內(nèi)環(huán)兩種方式下控制量不同，厚度外環(huán)位置內(nèi)環(huán)方式算出與Δh與ΔS的關(guān)系，將ΔS加到棍縫設(shè)定值上作為位置內(nèi)環(huán)給定值來消除厚度偏差Δh。</p><p>

77、;　　SREF=SSET+ΔS （3-1）</p><p>　　厚度外環(huán)壓力內(nèi)環(huán)方式需計算出Δh與ΔP的關(guān)系，將ΔP加到壓力設(shè)定值上作為壓力環(huán)的給定值消除厚度偏差。</p><p>　　PREF=PSET+ΔP （3-2）</p><p>　　AGC系統(tǒng)由測厚儀測量帶材的厚度構(gòu)成反饋閉環(huán)控制

78、系統(tǒng)。自動位置控制系統(tǒng)由位移傳感器測量液壓缸位移或測量軋輥棍縫的位移量構(gòu)成反饋閉環(huán)控制。APC系統(tǒng)作為AGC系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，是一個高精度、高響應(yīng)的電液位置伺服系統(tǒng)，它的任務(wù)是接受厚控AGC的指令，進行壓下缸的位置閉環(huán)控制，使壓下缸實時準確地定位在指令所要求的位置，也就是說，液壓APC是液壓AGC的執(zhí)行系統(tǒng)。其性能指標直接決定著AGC的指標，是AGC的核心。</p><p>　　3.2 液壓伺服系統(tǒng)</p>

79、<p>　　實際的液壓伺服系統(tǒng)無論多么復雜，都是由一些基本元件組成的，根據(jù)元件的功能，系統(tǒng)的組成可以用3-2圖表示</p><p>　　輸入元件：也稱指令元件，它給出輸入信號（指令信號），加于系統(tǒng)的輸入端。例如機械位移、指令電位器、計算機等。</p><p>　　測量反饋元件：測量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號。如缸體與閥體的機械連接、反饋電位器、位移、速度、壓力傳感器等。&

80、lt;/p><p>　　比較元件：將反饋信號與輸入信號進行比較，給出偏差信號。輸入信號與反饋信號應(yīng)是相同形式的物理量，以便進行比較。比較放大元件有時并不單獨存在，而是由輸入元件、反饋測量元件或放大元件一起，由同一結(jié)構(gòu)元件組成。</p><p>　　放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差信號放大并進行能量形式的轉(zhuǎn)換。如放大器、電液伺服閥等。放大元件輸出級是液壓的。前置級可以是電的、液壓的、氣動的、機械的或他們的組

81、合形式。</p><p>　　執(zhí)行元件：產(chǎn)生調(diào)節(jié)動作加于控制對象上，實現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)。在液壓伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是液壓缸或液壓馬達。</p><p>　　控制對象：被控制的機器設(shè)備或物體，即負載。</p><p>　　一個完整的液壓AGC系統(tǒng)由若干個厚度自動控制系統(tǒng)組成，其中最主要的是電液位置伺服系統(tǒng)，它有供油管道、伺服閥、回油管道、液壓缸、位移傳感器、控制放大器組成，

82、如圖3-3所示。</p><p>　　3.2.1電液伺服閥</p><p>　　電元件在傳輸、運算、參量轉(zhuǎn)換等方面即快速又方便，而且?guī)缀醺鞣N物理量都能轉(zhuǎn)換成電量。所以在自動控制系統(tǒng)中廣泛使用電氣裝置作為信號的比較、放大、反饋檢測等元件。另外，液壓元件是較理想的功率執(zhí)行元件，這樣把電、液結(jié)合起來，在信號處理部分用電元件，在功率輸出部分用液壓元件，就可以充分發(fā)揮電液兩種元件的長處。所以，電液控

83、制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。</p><p>　　電液控制系統(tǒng)中將電信號轉(zhuǎn)換為機械信號的元件以力矩（力）馬達應(yīng)用最廣，力矩（力）馬達與液壓放大元件一起，就組合成電液伺服閥。圖3-4即為電液伺服閥的基本構(gòu)成，其中，電機械轉(zhuǎn)換器（力矩馬達）與液壓放大元件組合成電液伺服閥，它將電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號輸出。</p><p>　　電液伺服閥與普通的電磁閥或電磁比例閥不同，它的輸入信號功率很小，一般只有幾十毫

84、瓦；能夠?qū)敵隽髁亢蛪毫M行連續(xù)的雙向控制；具有極快的響應(yīng)速度和很高的控制精度，所以可以用它來構(gòu)成快速高精度的閉環(huán)控制系統(tǒng)。缺點是造價高，對油的質(zhì)量及清潔度要求高。</p><p>　　伺服閥具有高度非線性特點，通常將它線性化處理以增量形式表示。其輸出流量級得線性化方程為</p><p>　　ΔQL=KqΔxv－KcΔpL （3-3）</p&

85、gt;<p><b>　　式中 </b></p><p>　　Kq—流量增益或流量放大系數(shù)，表示負載壓力PL不變式，當閥芯位移xv有微小增量時所引起的流量增益；</p><p>　　Kc—壓力流量系數(shù)，表示閥芯位移不變時負載壓力增量與負載流量增量之間的關(guān)系，也稱伐剛度。</p><p>　　Δxv—主閥芯位移增量；</p&g

86、t;<p>　　ΔpL—伺服閥負載壓力增量。</p><p>　　由于伺服閥通常工作在零點附近，工作點在靈位，其參數(shù)的增量就是它的絕對值，因此伺服閥方程式可以寫成下式</p><p>　　QL=Kqxv－KcpL （3-4）</p><p>　　式中 QL—伺服閥負載流量；</p>

87、<p><b>　　xv—閥芯位移；</b></p><p><b>　　PL—負載壓力；</b></p><p>　　當閥芯正向移動時，流進液壓缸的流量為</p><p>　　QL=CdWxv （3-5）</p><p>　　當閥芯負向移動時，流出液壓缸的流

88、量為</p><p>　　QL=CdWxv （3-6）</p><p>　　實際上，伺服閥的響應(yīng)特性既不是典型的一節(jié)環(huán)節(jié)，也不是典型的二階環(huán)節(jié)。伺服閥究竟用什么環(huán)節(jié)表示，要由系統(tǒng)的頻寬來決定。通常在系統(tǒng)液壓固有頻率ωh低于50Hz時，可用一節(jié)環(huán)節(jié)表示</p><p>　　Gsv(s)= =

89、 （3-7）</p><p>　　液壓固有頻率高于50Hz時，伺服閥頻率特性用二階環(huán)節(jié)表示，即</p><p>　　Gsv(s)== （3-8）</p><p>　　式中Ksv—電液伺服閥的流量增益，(m3/s)/A；</p><p>　　ωsv—電液伺服閥的等效固有頻率，rad/s；</p&g

90、t;<p>　　ζsv—電液伺服閥的等效阻尼比；</p><p>　　Tsv—電液伺服閥的等效時間常數(shù)；</p><p>　　Qv0—伺服閥的空載流量。 </p><p>　　伺服閥固有頻率ωsv可從伺服閥制造廠提供的頻率響應(yīng)曲線獲得。</p><p><b>　　3.2.2液壓缸</b></p>

91、;<p>　　液壓放大元件也稱液壓放大器，是一種以機械運動去控制流體動力的元件。在液壓伺服系統(tǒng)中，它把輸入的機械信號（位移或轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換為液壓信號（流量、壓力）輸出，并進行功率放大，因此它也是一種功率放大器。液壓放大元件是液壓伺服系統(tǒng)中的一種主要控制元件，又是構(gòu)成電液伺服閥的主體，它的性能和直接影響到系統(tǒng)的工作品質(zhì)，因此了解和掌握它的特性是十分必要的。DC軋機中，我們使用零開口四通滑閥式伺服閥，而在液壓壓下和彎棍控制系統(tǒng)中，

92、我們是封鎖四通閥的一個負載窗口而將四通閥當做三通閥使用。本節(jié)我們主要介紹三通閥的特性及方程。</p><p>　　三通閥控制差動液壓缸的原理如圖所示：</p><p><b>　　基本方程</b></p><p>　　閥的線性化流量方程為：</p><p>　　△QL=Kq△XV－Kc△PL

93、 （3-9）</p><p>　　PL= PC－PS/2，則其增量的拉氏變換為： PL= PC</p><p>　　故而式的拉式變換形式又可寫為：</p><p>　　QL= KqXv－KcPL （3-10）</p><p>　　對液壓缸控制腔建立連續(xù)性方程，則得</p

94、><p>　　QL+Cip（ps－pc）= （3-11）</p><p>　　Vc=V0+ApXp （3-12）</p><p>　　式中Cip—液壓缸內(nèi)部泄露系數(shù)，(m3/s)Pa；</p><p>　　Vc—液壓缸控制腔容積，m3；</p><

95、;p>　　V0—液壓缸控制腔初始體積，m3；</p><p>　　Ap—液壓缸控制的活塞面積，m2。</p><p>　　假定活塞位移很小，即|ApX |<< V0,則Vc≈V0，合并式（3-11）、（3-12）得到：</p><p>　　QL+Cipps = （3-13）</p><p>　　其增量的拉氏變

96、換式為：</p><p>　　QL =ApsXP +CipPc+ （3-14）</p><p>　　活塞和負載的力平衡方程為： </p><p>　　pcAp－psAr=+Kxp+FL （3-15）</p><p><b>　　式中 </b></p><p>

97、　　Ar—活塞桿側(cè)的活塞面積，m2；</p><p>　　Mt—活塞和負載的總質(zhì)量，Kg；</p><p>　　Bp—活塞和負載的粘性阻尼系數(shù)，N/(m/s)；</p><p>　　K—負載彈簧剛度，N/m；</p><p>　　FL—任意外負載力，N。</p><p>　　其增量的拉氏變換式為：</p>

98、<p>　　pcAp= Mt Xp s2+Bp Xp s+K Xp +FL （3-16）</p><p><b>　　（二）傳遞函數(shù)</b></p><p>　　由基本方程式（3-13）、（3-15）和（3-16），消去其中變量QL和pc可得xv與FL同時作用時活塞輸出位移為：</p><p><b>　　

99、XP=（3-17）</b></p><p>　　式中Kce—總流量壓力系數(shù)，（m3/s）/Pa，Kce=Kc+Cip。</p><p>　　如前所示，由于BpKce/ A2p<<1，同時再滿足</p><p>　　<<1，則式（3-17）可簡化為：</p><p>　　Xp= （3-18

100、）</p><p>　　式中ω0—液壓彈簧和負載彈簧與質(zhì)量構(gòu)成的系統(tǒng)固有頻率，rad/s,ω0=ωh</p><p>　　ωh—液壓固有頻率，rad/s，ωh=</p><p>　　Kh—液壓彈簧剛度，N/m，Kh=</p><p>　　ζ0—阻尼比，ζ0=</p><p>　　在負載剛度K=0時，式（3-18）可簡化

101、為</p><p>　　XP= （3-19）</p><p><b>　　式中ζh=</b></p><p>　　3.2.3位移傳感器</p><p>　　位移傳感器在系統(tǒng)中視為慣性環(huán)節(jié)，即：</p><p>　　= （3-20）</p

102、><p>　　式中 Kf—位移傳感器的位移電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)，V/m；</p><p>　　Tf—位移傳感器的時間常數(shù),s；</p><p>　　Uf—傳感器輸出電壓，V；</p><p>　　X—位移傳感器檢測的油缸位移信號Xp或棍縫信號Xh。</p><p>　　3.2.4伺服放大器</p><p>

103、　　伺服放大器的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　= （3-21）</p><p>　　式中 I—放大器輸出電流，A；</p><p>　　U—放大器輸入電壓，V；</p><p>　　Ka—放大器與線圈電路增益，A/V；</p><p>　　Ta—放大器的時間常數(shù)，s；</p&

104、gt;<p>　　實際上，考慮到伺服放大器的響應(yīng)速度很快，不考慮其時間常數(shù)，在系統(tǒng)中可視為比例環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.3液壓AGC位置閉環(huán)動態(tài)模型</p><p>　　液壓AGC位置閉環(huán)動態(tài)模型如圖3-6所示：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　Gsv(s)=

105、 （3-22）</p><p>　　G0(s)= （3-23）</p><p>　　K0—液壓缸傳遞系數(shù)（1/s）；</p><p>　　ω0—液壓彈簧和負載彈簧與質(zhì)量構(gòu)成的系統(tǒng)固有頻率(rad/s)；</p><p><b>　　ζ0—阻尼系數(shù)；</b></p>

106、<p>　　Ksv—閥放大系數(shù)；</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章根據(jù)液壓AGC系統(tǒng)的組成，從伺服閥的基本方程、液壓缸連續(xù)性方程、液壓缸和負載的力平衡方程入手，詳細推導了液壓軋機負載動態(tài)數(shù)學模型，最后建立了液壓AGC電液位置控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。</p><p>　　第4章 控制算法的研究

107、</p><p>　　4.1 PID控制器</p><p>　　PID控制是比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Differential）調(diào)節(jié)的簡稱。PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，在自動控制的發(fā)展歷程中，PID調(diào)節(jié)是歷史最悠久、控制性能最強的基本方式。PID調(diào)節(jié)原理簡單，易于整定，使用方便，適用性強。PID調(diào)節(jié)可用于補償系統(tǒng)使之達到大多數(shù)品質(zhì)指標的要

108、求。PID控制所涉及的設(shè)計計算和控制結(jié)構(gòu)都是很簡單的，并且十分適用于工程應(yīng)用背景，所以工業(yè)界實際應(yīng)用中PID控制器是應(yīng)用最廣泛的一種控制策略，近年來，在控制理論研究和實際應(yīng)用中PID又重新引起人們的注意，這是因為瑞典學者Karl Astrom等人推出的智能型PID自整定控制器表現(xiàn)了傳統(tǒng)PID控制器難以實現(xiàn)的控制性能，使得PID控制更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制中，直到目前為止，PID控制仍然是最廣泛應(yīng)用的基本控制方式。</p>&