1、1450冷連軋機(jī)軋制力伺 服控制系統(tǒng)仿真分析 班級：10級機(jī)控三班小組成員： 指導(dǎo)老師：艾超 張偉 日期：2019-7-10背景及目的2伺服缸設(shè)計、元件選型345系統(tǒng)模型的建立matlap仿真及特性分析心得與收獲1目錄一、背景及目的 近年來,工業(yè)生產(chǎn)對冷軋薄板的需求量越來越大,對成品質(zhì)量的要求也越來越高。厚度偏差是冷軋板帶最重要的尺寸精度指標(biāo)之一，影響板帶厚度精度的主要因素有:來料本身性能變化所引起的厚度波動,如熱軋板帶厚度、硬度發(fā)生變化;軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)時各設(shè)定參數(shù)發(fā)生變化,如輥縫值、機(jī)架間張力、軋輥轉(zhuǎn)速等冷連軋生產(chǎn)的連續(xù)性和復(fù)雜性,使在實際軋機(jī)上研究上述各因素對厚度精度的影響不僅十分困

2、難而且費用昂貴,因此,研究高精度的冷連軋過程動態(tài)仿真系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實意義。一、背景及目的通過本課題的研究，我們要重點掌握以下知識點1、力控制系統(tǒng)設(shè)計方法；2、閥控缸力控制系統(tǒng)建模；3、系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、呼應(yīng) 速度分析方法及影響因素； 4、PID 控制的基本原理；一、背景及目的1450冷軋機(jī)軋制力伺服控制系統(tǒng)，以力作冷軋機(jī)軋制力伺服控制系統(tǒng)，以力作為被調(diào)量。該系統(tǒng)主要由液壓泵、放大器、為被調(diào)量。該系統(tǒng)主要由液壓泵、放大器、溢流閥、電液伺服閥、液壓缸、壓力傳感器溢流閥、電液伺服閥、液壓缸、壓力傳感器等組成。等組成。 當(dāng)指令裝置發(fā)出的電壓信號經(jīng)放大器放大當(dāng)指令裝置發(fā)出的電壓信號經(jīng)放大器放大后控制

3、伺服閥的動作，進(jìn)而控制液壓缸輸出后控制伺服閥的動作，進(jìn)而控制液壓缸輸出力，該力由壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)換為反饋信號，力，該力由壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)換為反饋信號，與指令信號相比較，得到偏差電壓信號。此與指令信號相比較，得到偏差電壓信號。此偏差信號經(jīng)放大后輸入到伺服閥，使伺服閥偏差信號經(jīng)放大后輸入到伺服閥，使伺服閥產(chǎn)生負(fù)載壓差作用于液壓缸活塞上，使輸出產(chǎn)生負(fù)載壓差作用于液壓缸活塞上，使輸出力向減小誤差的方向變化，直至輸出力等于力向減小誤差的方向變化，直至輸出力等于指令信號所規(guī)定的值為止。在穩(wěn)態(tài)情況時，指令信號所規(guī)定的值為止。在穩(wěn)態(tài)情況時，輸出力與偏差信號成比例。輸出力與偏差信號成比例。二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元

4、件選型二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元件選型元件參數(shù)的設(shè)計與選用元件參數(shù)的設(shè)計與選用液壓缸的設(shè)計液壓缸的設(shè)計活塞面積：設(shè)定活塞桿面積活塞面積：設(shè)定活塞桿面積1285.0AA 1A為活塞面積為活塞面積液壓缸力平衡方程：液壓缸力平衡方程：max21211）（FAApAp得：得：22132.03055.0mmA從而從而mmmd6406384.01，mmd59064085.02等效體積：等效體積：30 . 3 20 . 0 3tVm二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元件選型二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元件選型sVAwttn/rad26.97102003. 032. 010721m213821ipcceckk 負(fù)載諧振頻率： 由于伺服

5、閥的參數(shù)，總流量壓力系數(shù) 忽略液壓缸的外泄露則，計算伺服閥的流量壓力系數(shù)為： 液體等效體積彈性模量： 液壓彈簧剛度： 負(fù)載固有頻率: 1163108 . 710601025120LLcePQk8107 e942821051043. 132. 0107tpehVAKsKwtm/rad64.8110750105m39ipcceCKK二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元件選型二、伺服缸參數(shù)設(shè)計、元件選型 壓力傳感器是HDA3700系列壓力傳感器，采用不銹鋼膜片上的薄層DMS技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長。總誤差0.5%；壓力范圍6至600bar；信號輸出4-20mA或0-20mA或1-10V；受溫度變

6、化影響極小。壓力和電信號的轉(zhuǎn)化由傳感器核心部件檢測體和放大電路完成，壓力信號輸出采用0-10V信號。 1.伺服放大器增益 伺服放大增益：2.伺服閥流量增益 伺服閥流量增益：3.伺服閥的傳遞函數(shù)伺服閥的 阻尼比：伺服閥的固有頻率：伺服閥的傳遞函數(shù)：三、閥控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立4、閥控缸的傳遞函數(shù) 閥控液壓缸的動態(tài)可由以下三個基本方程表示： 三、閥控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立ptetips/KXXBsXMPAFsPVPCSXAQPKXKQPPPLPgLLPPLLCVqL負(fù)載固有頻率：液壓彈簧與負(fù)載彈簧串聯(lián)偶合的剛度與阻尼系數(shù)比：液壓彈簧與負(fù)載彈簧串聯(lián)偶合的剛度與負(fù)載質(zhì)量形成的固有頻率：三、閥

7、控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立sKwtm/rad34.8110750105m39sKKAKwhPr/rad1 . 31051102 . 1132. 0108 . 7119102112cesKKwKKwwhmhh/rad5 .150105102 . 1134.81119100閥控缸的阻尼比：閥控缸的傳遞函數(shù)：5.力傳感增益：三、閥控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立三、閥控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立四、matlap仿真及特性分析階躍信號開環(huán)響應(yīng)曲線由由bode圖看出，該系統(tǒng)雖然圖看出，該系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但是由于穿越頻率幾穩(wěn)定，但是由于穿越頻率幾乎為零，所以系統(tǒng)的響應(yīng)時乎為零，所以系統(tǒng)的響應(yīng)時間會很長，這不滿

8、足系統(tǒng)快間會很長，這不滿足系統(tǒng)快速性的要求。加入速性的要求。加入PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)，比例環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)的開比例環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的快速性。積差，提高系統(tǒng)的快速性。積分環(huán)節(jié)的加入是系統(tǒng)成為分環(huán)節(jié)的加入是系統(tǒng)成為I型型系統(tǒng)，跟蹤信號能力增強(qiáng)，系統(tǒng)，跟蹤信號能力增強(qiáng)，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。閉環(huán)bode圖系統(tǒng)的幅頻寬（系統(tǒng)的幅頻寬（-3dB大于大于1000rad/s，系統(tǒng)的響應(yīng)較慢。，系統(tǒng)的響應(yīng)較慢。PI校正后的simulink圖PI調(diào)節(jié)后的階躍響應(yīng)PI調(diào)節(jié)過后開環(huán)bode圖PI校正后的閉環(huán)bode圖系統(tǒng)的上升時間仍然較慢，系統(tǒng)的系統(tǒng)的上升時間仍然較慢，系統(tǒng)的幅頻寬（幅頻寬（-3dB比未校正前要大。比未校正前要大。與調(diào)節(jié)前比較，快速性沒有任何改與調(diào)節(jié)前比較，快速性沒有任何改善。善。AMESim仿真信號AMESim仿真信號輸入信號輸出信號五、心得收獲通過本次三級項目，我們小組分工合作，積極查找各種資料，結(jié)合老師提供的資料，最終完成了本次1450冷連軋機(jī)軋制力伺服控制系統(tǒng)仿真分析的項目。通過我們自己查閱資料，對元件的參數(shù)和系統(tǒng)的設(shè)計有了一定的認(rèn)識和