650单机架轧机建立其液压弯辊伺服控制系统建立数学模型研究毕业论文

650单机架轧机建立其液压弯辊伺服控制系统建立数学模型研究毕业论文内容摘要：

轧辊 的 表面 ， 剥落和疲劳 等失效、破坏会加重。 而轧机的工作寿命受制于轧辊轴承和轴颈的寿命。 轧辊轴承的疲劳破坏和辊颈的疲劳破坏， 会严重影响轧机的工作寿命。 经 大量 研究证明 ,轧机 采用工作辊弯曲 的方式 时 ,上述因素引起 的对轧机的 寿命 影响会 降低 , 轧辊和轴承 的 正常使用寿命周期 可以不降低。 造成这样的原因是， 当使用工作辊弯曲时，支撑辊 辊身的 两端可 以 磨削成 一定的锥 度 ，这样的话 工作辊和支撑辊之间在辊身端部 产生的应力和工 作辊颈 所受到 的应力 会大大降低 ， 进而 增加 了 轧辊表面接触和工作辊颈的寿命 ，延长轧机的寿命。 采用这种方法， 同时可增加弯辊 对于板形控制的 效果 ,减小 轧机从系统 所需的最大弯辊力。 传统 板形控制方法， 是采用磨削一定形状的原始辊型和通过冷却液控制轧辊热膨胀度 ,来调节、 控制板带 的 形状和横向厚度差 ，进而控制板型。 因此， 一些产品 (主要是薄、宽的 ) 的生产数量 受到限制。 采用液压弯辊 后，板带钢的 品种规格的轧制程序周期 可以大大放宽，生产变得十分方便 ,除了延长 了 轧辊使用寿命 ,板带产品 的 质量 得到提高 外 ,轧机 板带钢 的产量 也 大大提高。 液压弯 辊的 使用灵活、响应速度快 、 适用于在线调整 ，等优点使他得到快速发展，成为目前 板带轧机和平整机调整板形的最基本手段。 发展趋势 现在，在四辊轧机中，不仅进采用液压弯辊的技术，在轧机中，一般也采用带有原始凸度的工作辊来调整控制效果， 由于采用具有原始凸度的工作辊 的方法也会带来相应的问题。 比如经济发展对各种规格的板带才都有需求，采用这种方法后，轧机的调整很困难，每次更改板带的规格，都需要进第 1 章 绪论 5 行换辊，因此难以满足复杂多变的轧制规程。 近年来， 随着其他相关行业的发展，比如汽车业、家电业等， 用户对板形精度 提出的 的要求越来越 苛刻 ， 工业对板带材的需求量越来越大，因此促进了板形控制技术的更新和突破。 其他技术的更新也带动了板形控制技术发展，比如，计算机控制技术、现在控制理论的发展。 现在，板形控制系统相关数学模型的建立，已经不能满足社会对板形的要求。 因此，更加精确的数学模型的建立，现代控制技术在轧机中的应用不足，成为制约板形精度提高的重要因素。 板形控制系统 是及其复杂的。 它在实际中 是一个 非常复杂 复杂的 的非线性 控制系统。 现在应用的模型是在很多假设和忽略很多问题后建立的比较简单的数学模型。 数学模型的建立与应用中存在的差距是无 法避免的，他忽略了很多外界的不可控因素，比如轧制温度的变化、外界冲击等对系统的影响。 虽然建立的数学模型达不到完全的精确，并和实际完全相符。 数学模型的发展必然是进一步的精确，比如设计的剔除，加入各种因素的影响，从而时期进一步精确，进一步具有实际意义，是模型的发展趋势。 现代控制 理论 的 完善与 发展，带动了板形控制技术的发展， 同时现代控制理论和其他先进的控制理论在轧机中的逐渐应用，使得板形控制系统的性能得到很大提高，比如传统的 PID 调节，比较前沿的模糊控制、人工智能控制等控制方法。 另外由于轧机的工作环境比较恶劣，测量 技术在轧机中的应用受到 极大挑战， 新型板 形 测量仪的开发， 来适应 轧钢环境恶劣的测量环境，也是未来提高板形控制精度的必由之路。 近年来，随着工业对板 形 的要求越来越苛刻，对板 形 的精度要求越来越高，以液压弯辊为基础的各类改进型轧机 也相继出现，这些轧机多数是 采用板形控制新技术的新型板带轧机。 它们的出现是对提高板形控制精度的巨大尝试。 其中 ， 有代表性的 几种轧机依次 是 HC 轧机， CVC 轧机， PC 轧机，VC 轧机。 多种轧机并存，说明了它们 各有优 、 缺点， 同时也 说明未来轧机的板形控制方法 还是发展不成熟，没有最优的控制方法，板形控制技 术 还有很大的发展空间。 测量技术、 液压技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术结合起来，燕山大学本科生毕业设计（论文） 6 将成为 提高 板形 控制精度 的发展趋势。 本章总结 在我国， 由于板形控制技术起步比较晚，国内的 板形控制系统 ，大 多 是引进国外成套的先进 的 板形控制装置，或 是 由国外公司提供技术帮助，然后在国内进行安装和调试，国内 很少 有独立自主研究成功的板形控制系统。 运用液压弯辊系统 技术，来 进行板形控制的技术处于相对落后的状态。 这使我国的 轧钢业的发展受到国外很大的技术限制。 在本课题以 650 单机架四辊轧机为代表，通过对对液压弯辊伺服控制系统 的设计与仿真分析 ,来对伺服控制系统的系统结构、模型建立和控制方法进行改进，研究并提高其准确性，稳定性，快速性。 从而研究弯辊伺服控制系统的组成和工作原理，并试着对系统的控制性能进行调节，熟悉如何研究、验证一个控制系统。 第 2 章 液压弯辊伺服控制系统的设计 设计要求和内容 课题 650 单机架四辊轧机伺服控制系统为研究对象，进行深入的研究，在借助相关文献的基础上， 理解 轧机板形控制的有关知识、 轧机的基本控制原理。 重点 理解、 掌握板形控制的原理 液压系统板形控制技术的工艺要求。 然后参考以往的轧机液压系统， 设计出符合课题要求的 液压弯辊 伺服 控制 系统 ， 并完成液压系统参数的计算和有关于元件的选型。 完成 集成 块、油箱 、泵站的设计 和三维建模。 同时， 进一步对液压 弯辊 伺服控制系统进行 数学 建模 和 仿真。 在 计算机软件 matlab 中的 simulink 模块中， 研究所建立的 液压弯辊伺服控制 系统，然后调节改善系统的性能， 了解液压伺服控制系统中各个参数对系统性能的影响，并 运用所学的控制技术知识，对伺服控制系统的快速性，稳定性，准确性进行研究并进行调节，最终得到与实际应用要求相符的液压弯辊伺服控制系统 ，为系统的实际应用，提供参考和技术支持。 1 具体的系统参数 （ 1） 液压系统 的 压力： 28Mpa； 第 2 章 液压弯辊伺服控制系统的设计 7 （ 2）弯辊缸的 弯辊速度： ~3mm/s； （ 3）弯辊缸的 行程： 60mm； （ 4） 最 轧机所需的 大总弯辊力 （单侧） ： 20T； （ 5）弯辊液压伺服控制系统的 系统频宽： ≥ 25HZ。 （ 6）弯辊液压伺服控制系统 要求正弯与负弯采用 相同 伺服阀方案。 2 设计内容 （ 1）弯辊液压伺服控制系统的 设计计算； （ 2）弯辊液压伺服控制系统的 施工设计； （ 3）弯辊液压伺服控制系统的 仿真。 3 设计目标 通过本课题， 熟悉 液压伺服系统设计计算 ，学会阅读液压元件的样本和参数，进而掌握液压元件选型方法 ， 掌握液压系统的原理设计， 施工设计等，以及利用 matlab 中的 simulink 模块进行 简单仿真。 系统原理图 液压弯辊伺服控制系统的控制回路，主要的液压元件是换向阀和伺服阀。 在系统的设计时，此部分需要满足的设计要求和工艺要求为： （ 1）正弯辊与负弯辊采用共同伺服阀方案； （ 2）实现工艺要求：正、负弯辊工作状态； （ 3）换辊弯辊缸缩回状态，断带快抬状态。 弯辊液压伺服 控制系统采用正弯辊弯曲和负弯辊弯曲形结合的形式，进而扩大板形的调节范围。 正弯辊缸缸组与负弯辊缸缸组均有 8 个液压缸组成，分别布置在轧机的两侧。 因为正弯与负弯要采用同一伺服阀，所以在伺服阀的下游安装电磁换向阀，来切换正负弯的工作状态，同时为了保护伺服阀这一精密元件，在伺服阀的上有安装精度为 5um的过滤器。 电磁溢流阀起到俩个作用：一是相应弯辊工作时，起到安全保护的作用。 二是在快抬时都处于卸荷状态，正负弯辊缸缸组在背压的作用下完成快抬动作。 控制回路要设计出集成块，所以为了检修方便，在集成块与泵站，集成燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 块与执行 元件之间加截止阀。 经过研究、设计，此部分的原理图在下图中给出。 图 21 控制回路的原理图 液压泵站部分满足的设计要求： （ 1）提供稳定的输出流量和压力； （ 2）保证油温在正常的范围内； （ 3）保证液压油的清洁。 泵站采用俩个液压泵，主泵提供高压，负责完成正负弯动作。 辅泵有俩个作用：一是为主泵供油，保证主泵充分的吸油；二是为系统提供背压，提高液压弯辊伺服控制系统的稳定性。 为了减小系统由于电动机产生的振动，在俩个电动机与系统之间加软管或橡胶接管，电动机的安装也需要减震条。 主泵通过电磁溢流阀可以实现无载 启动，启动方便。 电磁溢流阀也起到安全保护的作用。 系统的压力、温度、液位由压力继电器、温度继电器和液位控制器分别控制。 泵站主要有：液压泵、电动机、电磁溢流阀、过滤器以及其他液压辅件组成。 第 3 章 液压系统元件的计算与选型 9 图 21 泵站部分的原理图 本章总结 本章在参考大量相关文献的基础上，了解了板形控制的相关知识，明白了液压弯辊伺服控制系统对板形控制的实现原理。 掌握了液压弯辊控制板形需要满足的设计要求、工艺要求和工作原理。 在此基础上，初步设计出了液压弯辊伺服控制系统的原理图，初步拟定了系统所需的液压元件，系统的原理图将在后期的 研究进一步改进。 第 3 章 液压系统元件的计算与选型 液压油缸的主要尺寸的确定 设计的液压弯辊伺服控制系统 有 8 个正弯辊缸， 8 个负弯辊缸。 系统设计要求为单侧弯辊力最大为 20T。 (1) 工作压力 P 的确定 每个弯辊缸 的所需的轧制力 ：   NFFLLS 44m a x ~~3254~32  燕 山大学本科生毕业设计（论文） 10 式中 LSF ：额定负载力， N； LmaxF ：最大负载力， N； 则 额定负载 压 力 可以确定为 ： sLs PP 32 式中 LsP ：额定负载压力， Mp； sP ：系统压力 28Mp； (2) 液压缸内径 D 和活塞杆径 d 的计算 液压缸 的活 塞面积 由公式可以计 算出 ： 2364m a xm a x 10282 mpFpFA sLLLP    式中 PA ： 活塞面积， 2m ； 求出活塞面积后，进而求出活塞杆的直径为： 42DAP  最终的到的活塞杆直径为： mAD P 23    式中 D： 活塞直径， m； 根据机械设计设计手册 （ JB/T79381999)第四卷的相关内容，将活塞的面积圆整成标准值为 ： D=100 mm。 活塞的面积确定后，由经验公式可以 初步计算活塞杆直径 ： mmD 60401 0 040d  式中 d： 活塞杆直径， mm； 液压缸的额定负载压力可以计算出为 ：     ~ ~ 24s MPAFAF PLsPLsL    最后得到液压缸的主要参数为： 活塞直径： D=100 mm； 活塞杆直径， d=60mm； 行程： s=60mm。 第 3 章 液压系统元件的计算与选型 11 液压自制。 伺服阀的计算与选型 根据设计出的控制系统的原理图，可以得到，伺服阀的流量为 8 个液压缸总的负载流量，大小可以计算出为：     m in/~~ 62 LAPL   式中 PA ：活塞面积， 2m ； Lq ：伺服阀流量， L/min； 考虑到系统的泄露，故将伺服阀的额定流量提高 15%30%，则 : m in/)~()~( Lq  伺服阀额定流量（油口压差为 7Mp） : 式 中 nQ ：伺服阀额定流量， L/min； p : 阀口压差， MPa； 根据初步选用力士乐的电液伺服阀，根据样本，考虑到电液伺服阀的额定流量公差： m in/)~()~( LQ  参阅力士乐的样本，进一步确定伺服阀的型号。 最终确定采用力士乐公司的伺服阀，根据样本选择型号为 :4WS2EM62X/15B11ET315K17EV。 4通 2 级伺服阀，采用外置电子放大器，通径为 6mm，额定流量 15L/min,控制方。